CN104048625A - 接触式薄板材尺寸自动测量仪 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种接触式薄板材尺寸自动测量仪，包括测头、含有数控、计算模块的控制***、沿三维坐标运动的轴***，所述测头包括导轨模、导芯，所述导芯穿过导轨模，所述导轨模含有进气口和导气槽，其内部可形成空气导轨，所述导轨顶部设有进气口，底部连接有弹簧，所述弹簧位于导芯、底板之间，其下端连接有探针，所述导芯顶部连接有光栅尺，其与激光位移传感器连接，所述激光位移传感器连接至控制***。该测量仪的测头采用气动控制技术，通过改变导芯内外气压而实现测量力的精确调节，既可调整测量力数值，又能保证测量力恒定；同时利用三维运动平台并结合数控技术，实现了全方位、自动化测量，因此能够提高薄板材类元件表面尺寸的测量精度。

Description

接触式薄板材尺寸自动测量仪

技术领域

本发明涉及精密测量设备技术领域，特别涉及一种接触式薄板材尺寸自动测量仪。

背景技术

在印刷电路及半导体行业中，经常会用到大量的薄板材类元件，例如厚度介于0.05mm至1mm之间的电路板基材，通常是以不锈钢、镍合金等作为原材料，经过电铸、电镀、抛光、蚀刻等工艺制得。在这些行业中，对于电路基材的表面尺寸特征要求较高，无论原材料、半成品还是成品，都需要通过专业设备对基材表面的平面度等尺寸精度指标进行严格检验。

在相关技术中，通常是采用光学设备进行测量，通过读取光反射位移量进行计算，再结合图像处理技术反映出被测工件的表面形态特征。然而相关技术存在以下缺陷：一方面，薄板材类元件具有类锯齿状的微观结构，这种结构会对激光光束反射角造成偏差，从而导致测量精度下降；另一方面，受机器视觉和图像处理技术的发展水平制约，该类设备在测量精度上仍具有较大的局限性。因此，相关技术难以满足上述行业中对薄板材类元件表面尺寸特征的测量要求。

发明内容

针对现有光学设备对于薄板材类元件的表面形态特征的测量精度不足的上述缺陷和问题，本发明的目的是提供一种测量精度更高的、测量力可控的接触式薄板材尺寸自动测量仪。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：一种接触式薄板材尺寸自动测量仪，其特征在于，包括：

控制***，其包括数控模块、计算模块、显示模块；

轴***，其包括固定在水平面上的Y轴、沿水平面垂直安装在Y轴上并沿Y轴运动的X轴、以垂直于水平面方向安装在X轴上并沿X轴运动的Z轴，所述轴***与控制***中的数控模块连接；

测头，其安装在Z轴上并沿Z轴运动，包括导轨模、导芯，所述导芯穿过导轨模，所述导轨模含有导轨模进气口，其内表面设有导气槽，充气后可在导轨模内表面与导芯外表面之间形成空气导轨，所述导芯内部为空心，其顶部设有用于向内部充气的导芯进气口，其底部还连接有弹簧，所述弹簧设置在导芯和测头底部的底板之间，其下端连接有向下穿过底板的探针，所述导芯顶部还连接有光栅尺，其与激光位移传感器平行连接，所述激光位移传感器与控制***中的计算模块连接。

作为上述技术的优选，所述Y轴共有两根，其平行安装在水平面上。

作为上述技术方案的优选，所述测头采用垂直立式安装。

作为上述技术方案的优选，所述导芯只能在导轨模内部沿垂直于水平面方向运动。

作为上述技术方案的优选，所述导气槽的截面形状为U字形。

作为上述技术方案的优选，所述数控模块、计算模块安装在计算机中，所述显示模块包括显示器。

本发明还提供一种接触式薄板材尺寸自动测量仪的使用方法，其特征在于，含有以下步骤：

Q1：通过导轨模进气口向导气槽充入气体，在导轨模与导芯之间形成气膜层，使导芯处于无摩擦的悬浮状态；

Q2：通过导芯进气口向导芯中充入气体，调整内部气压，使导芯和探针在垂直于水平面方向上处于力学平衡状态；

Q3：控制测头沿Z轴向下移动，使探针顶端与被测工件表面接触，微量增加导芯内部压力，使作用在探针上的向下的作用力略大于向上的作用力，以保证探针顶端以足够但不至于划伤表面的测量力与被测工件持续接触；

Q4：测头中的激光位移传感器记录Z轴此时所在的高度值；

Q5：轴***复位，通过数控模块设定轴***的运动参数，开始测量；

Q6：X轴、Y轴带动测头按照预设路径在工件表面连续扫描测量，激光位移传感器不断读取高度数据并传输至计算模块，最后得到由工件表面上的测量点以坐标值、高度值所构成的数据体系。

作为上述使用方法的优选，还含有以下步骤：

Q7：在控制***中集成3D数显程序模块，将所得到的数据体系转换为被测工件表面形态的具体图像。

本发明提供的接触式薄板材尺寸自动测量仪，在测头中采用了气动控制技术，通过改变导芯内、外气压而实现了对测量力的精确调节，既可针对材料特性调整测量力大小，又能在表面高度变化时保证测量力不变；另一方面，又利用三维运动平台结合数控技术，实现了被测物表面轮廓的全方位、自动化测量。因此，该测量仪能够提高对于薄板材类元件表面尺寸特征的测量精度。

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，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，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为本发明实施例的接触式薄板材尺寸自动测量仪中的测头的结构示意图。

图2为本发明实施例的接触式薄板材尺寸自动测量仪中的导芯与导轨模的结构示意图。

图3为本发明实施例的接触式薄板材尺寸自动测量仪的结构示意图。

图4为本发明实施例的接触式薄板材尺寸自动测量仪中的轴***的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，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作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。

如图1所示，本发明实施例提供的一种接触式薄板材尺寸自动测量仪，包括测头1，其包括导轨模11、导芯12，所述导芯12穿过导轨模11，所述导轨模11含有导轨模进气口，其内表面设有导气槽，充气后可在导轨模11内表面与导芯12外表面之间形成空气导轨，所述导芯12内部为空心，其顶部设有用于向内部充气的导芯进气口，其底部还连接有弹簧13，所述弹簧13设置在导芯12和测头1底部的底板14之间，其下端连接有向下穿过底板14的探针15，所述导芯12顶部还连接有光栅尺16，其与激光位移传感器17平行连接，所述激光位移传感器17与控制***中的计算模块连接。

如图2所示，所述导轨模进气口18位于导轨模11的侧面，所述导芯进气口19位于导芯12的顶部。

如图3所示，本发明实施例提供的一种接触式薄板材尺寸自动测量仪，还包括控制***2、轴***3，所述控制***2包括数控模块21、计算模块22、显示模块23；所述轴***3与控制***2中的数控模块21连接；所述测头1与控制***2中的计算模块22连接。

如图4所示，所述轴***3包括固定在水平面上的Y轴31、沿水平面垂直安装在Y轴31上并沿Y轴31运动的X轴32、以垂直于水平面方向安装在X轴32上并沿X轴32运动的Z轴33；所述测头1安装在Z轴33上，其沿Z轴33运动。

如图3所示，所述数控模块21、计算模块22安装在计算机24中，所述显示模块23包括显示器。

如图4所示，所述Y轴31共有两根，其平行安装在水平面上。所述测头1采用垂直立式安装。所述导轨模11的导气槽的截面形状为U字形。所述导芯12只能在导轨模11内部沿垂直于水平面方向运动。

本发明实施例还提供相关的使用方法，含有以下步骤：通过导轨模进气口向导气槽充入气体，在导轨模与导芯之间形成气膜层，使导芯处于无摩擦的悬浮状态；通过导芯进气口向导芯中充入气体，调整内部气压，使导芯和探针在垂直于水平面方向上处于力学平衡状态；控制测头沿Z轴向下移动，使探针顶端与被测工件表面接触，微量增加导芯内部压力，使作用在探针上的向下的作用力略大于向上的作用力，以保证探针顶端以足够但不至于划伤表面的测量力与被测工件持续接触；测头中的激光位移传感器记录Z轴此时所在的高度值；轴***复位，通过数控模块设定轴***的运动参数，开始测量；X轴、Y轴带动测头按照预设路径在工件表面连续扫描测量，激光位移传感器不断读取高度数据并传输至计算模块，最后得到由工件表面上的测量点以坐标值、高度值所构成的数据体系。

作为上述使用方法的优选，还含有以下步骤：在控制***中集成3D数显程序模块，将所得到的数据体系转换为被测工件表面形态的具体图像。

本发明所提供的接触式薄板材尺寸自动测量仪，解决了使用光学设备测量薄板材类元件尺寸时所无法避免的技术问题，包括由于材料表面类锯齿状微观形态所导致的测量偏差，以及机器视觉和图像处理技术对测量精度的限制，等等。该测量仪不仅能够提高薄板材类元件表面尺寸特征的测量精度，而且可以提高测量过程的自动化程度和工作效率。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种接触式薄板材尺寸自动测量仪，其特征在于，包括：

控制***，其包括数控模块、计算模块、显示模块；

轴***，其包括固定在水平面上的Y轴、沿水平面垂直安装在Y轴上并沿Y轴运动的X轴、以垂直于水平面方向安装在X轴上并沿X轴运动的Z轴，所述轴***与控制***中的数控模块连接；

测头，其安装在Z轴上并沿Z轴运动，包括导轨模、导芯，所述导芯穿过导轨模，所述导轨模含有导轨模进气口，其内表面设有导气槽，充气后可在导轨模内表面与导芯外表面之间形成空气导轨，所述导芯内部为空心，其顶部设有用于向内部充气的导芯进气口，其底部还连接有弹簧，所述弹簧设置在导芯和测头底部的底板之间，其下端连接有向下穿过底板的探针，所述导芯顶部还连接有光栅尺，其与激光位移传感器平行连接，所述激光位移传感器与控制***中的计算模块连接。

2.根据权利要求1所述的一种接触式薄板材尺寸自动测量仪，其特征在于，所述Y轴共有两根，其平行安装在水平面上。

3.根据权利要求1所述的一种接触式薄板材尺寸自动测量仪，其特征在于，所述测头采用垂直立式安装。

4.根据权利要求1所述的一种接触式薄板材尺寸自动测量仪，其特征在于，所述导芯只能在导轨模内部沿垂直于水平面方向运动。

5.根据权利要求1所述的一种接触式薄板材尺寸自动测量仪，其特征在于，所述导气槽的截面形状为U字形。

6.根据权利要求1所述的一种接触式薄板材尺寸自动测量仪，其特征在于，所述数控模块、计算模块安装在计算机中，所述显示模块包括显示器。

7.一种接触式薄板材尺寸自动测量仪的使用方法，其特征在于，含有以下步骤：

Q1：通过导轨模进气口向导气槽充入气体，在导轨模与导芯之间形成气膜层，使导芯处于无摩擦的悬浮状态；

Q2：通过导芯进气口向导芯中充入气体，调整内部气压，使导芯和探针在垂直于水平面方向上处于力学平衡状态；

Q3：控制测头沿Z轴向下移动，使探针顶端与被测工件表面接触，微量增加导芯内部压力，使作用在探针上的向下的作用力略大于向上的作用力，以保证探针顶端以足够但不至于划伤表面的测量力与被测工件持续接触；

Q4：测头中的激光位移传感器记录Z轴此时所在的高度值；

Q5：轴***复位，通过数控模块设定轴***的运动参数，开始测量；

Q6：X轴、Y轴带动测头按照预设路径在工件表面连续扫描测量，激光位移传感器不断读取高度数据并传输至计算模块，最后得到由工件表面上的测量点以坐标值、高度值所构成的数据体系。

8.根据权利要求7所述的一种接触式薄板材尺寸自动测量仪的使用方法，其特征在于，还含有以下步骤：

Q7：在控制***中集成3D数显程序模块，将所得到的数据体系转换为被测工件表面形态的具体图像。