接觸式薄板材尺寸自動測量儀的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種接觸式薄板材尺寸自動測量儀，包括測頭、含有數(shù)控、計算模塊的控制系統(tǒng)、沿三維坐標運動的軸系統(tǒng)，所述測頭包括導軌模、導芯，所述導芯穿過導軌模，所述導軌模含有進氣口和導氣槽，其內部可形成空氣導軌，所述導軌頂部設有進氣口，底部連接有彈簧，所述彈簧位于導芯、底板之間，其下端連接有探針，所述導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)。該測量儀的測頭采用氣動控制技術，通過改變導芯內外氣壓而實現(xiàn)測量力的精確調節(jié)，既可調整測量力數(shù)值，又能保證測量力恒定；同時利用三維運動平臺并結合數(shù)控技術，實現(xiàn)了全方位、自動化測量，因此能夠提高薄板材類元件表面尺寸的測量精度。
【專利說明】接觸式薄板材尺寸自動測量儀

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及精密測量設備【技術領域】，特別涉及一種接觸式薄板材尺寸自動測量儀。

【背景技術】
[0002]在印刷電路及半導體行業(yè)中，經(jīng)常會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)設備對基材表面的平面度等尺寸精度指標進行嚴格檢驗。
[0003]在相關技術中，通常是采用光學設備進行測量，通過讀取光反射位移量進行計算，再結合圖像處理技術反映出被測工件的表面形態(tài)特征。然而相關技術存在以下缺陷:一方面，薄板材類元件具有類鋸齒狀的微觀結構，這種結構會對激光光束反射角造成偏差，從而導致測量精度下降；另一方面，受機器視覺和圖像處理技術的發(fā)展水平制約，該類設備在測量精度上仍具有較大的局限性。因此，相關技術難以滿足上述行業(yè)中對薄板材類元件表面尺寸特征的測量要求。


【發(fā)明內容】

[0004]針對現(xiàn)有光學設備對于薄板材類元件的表面形態(tài)特征的測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量精度更高的、測量力可控的接觸式薄板材尺寸自動測量儀。
[0005]為達到上述目的，本發(fā)明提供如下技術方案:一種接觸式薄板材尺寸自動測量儀，其特征在于，包括:
[0006]控制系統(tǒng)，其包括數(shù)控模塊、計算模塊、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軸運動的X軸、以垂直于水平面方向安裝在X軸上并沿X軸運動的Z軸，所述軸系統(tǒng)與控制系統(tǒng)中的數(shù)控模塊連接；
[0008]測頭，其安裝在Z軸上并沿Z軸運動，包括導軌模、導芯，所述導芯穿過導軌模，所述導軌模含有導軌模進氣口，其內表面設有導氣槽，充氣后可在導軌模內表面與導芯外表面之間形成空氣導軌，所述導芯內部為空心，其頂部設有用于向內部充氣的導芯進氣口，其底部還連接有彈簧，所述彈簧設置在導芯和測頭底部的底板之間，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)中的計算模塊連接。
[0009]作為上述技術的優(yōu)選，所述Y軸共有兩根，其平行安裝在水平面上。
[0010]作為上述技術方案的優(yōu)選，所述測頭采用垂直立式安裝。
[0011]作為上述技術方案的優(yōu)選，所述導芯只能在導軌模內部沿垂直于水平面方向運動。
[0012]作為上述技術方案的優(yōu)選，所述導氣槽的截面形狀為U字形。
[0013]作為上述技術方案的優(yōu)選，所述數(shù)控模塊、計算模塊安裝在計算機中，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測量儀的使用方法，其特征在于，含有以下步驟:
[0015]Ql:通過導軌模進氣口向導氣槽充入氣體,在導軌模與導芯之間形成氣膜層,使導芯處于無摩擦的懸浮狀態(tài)；
[0016]Q2:通過導芯進氣口向導芯中充入氣體，調整內部氣壓，使導芯和探針在垂直于水平面方向上處于力學平衡狀態(tài)；
[0017]Q3:控制測頭沿Z軸向下移動，使探針頂端與被測工件表面接觸，微量增加導芯內部壓力，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量力與被測工件持續(xù)接觸；
[0018]Q4:測頭中的激光位移傳感器記錄Z軸此時所在的高度值；
[0019]Q5:軸系統(tǒng)復位，通過數(shù)控模塊設定軸系統(tǒng)的運動參數(shù)，開始測量；
[0020]Q6:X軸、Y軸帶動測頭按照預設路徑在工件表面連續(xù)掃描測量，激光位移傳感器不斷讀取高度數(shù)據(jù)并傳輸至計算模塊，最后得到由工件表面上的測量點以坐標值、高度值所構成的數(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)體系轉換為被測工件表面形態(tài)的具體圖像。
[0023]本發(fā)明提供的接觸式薄板材尺寸自動測量儀，在測頭中采用了氣動控制技術，通過改變導芯內、外氣壓而實現(xiàn)了對測量力的精確調節(jié)，既可針對材料特性調整測量力大小，又能在表面高度變化時保證測量力不變；另一方面，又利用三維運動平臺結合數(shù)控技術，實現(xiàn)了被測物表面輪廓的全方位、自動化測量。因此，該測量儀能夠提高對于薄板材類元件表面尺寸特征的測量精度。

【專利附圖】

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

【具體實施方式】
[0029]下面將結合本發(fā)明的附圖，對本發(fā)明的技術方案進行清楚、完整的描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明的一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0030]如圖1所示，本發(fā)明實施例提供的一種接觸式薄板材尺寸自動測量儀，包括測頭1，其包括導軌模11、導芯12，所述導芯12穿過導軌模11，所述導軌模11含有導軌模進氣口，其內表面設有導氣槽，充氣后可在導軌模11內表面與導芯12外表面之間形成空氣導軌，所述導芯12內部為空心，其頂部設有用于向內部充氣的導芯進氣口，其底部還連接有彈簧13，所述彈簧13設置在導芯12和測頭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)中的計算模塊連接。
[0031]如圖2所示，所述導軌模進氣口 18位于導軌模11的側面，所述導芯進氣口 19位于導芯12的頂部。
[0032]如圖3所示，本發(fā)明實施例提供的一種接觸式薄板材尺寸自動測量儀，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；所述測頭I與控制系統(tǒng)2中的計算模塊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運動的X軸32、以垂直于水平面方向安裝在X軸32上并沿X軸32運動的Z軸33 ;所述測頭I安裝在Z軸33上，其沿Z軸33運動。
[0034]如圖3所示，所述數(shù)控模塊21、計算模塊22安裝在計算機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。所述測頭I采用垂直立式安裝。所述導軌模11的導氣槽的截面形狀為U字形。所述導芯12只能在導軌模11內部沿垂直于水平面方向運動。
[0036]本發(fā)明實施例還提供相關的使用方法，含有以下步驟:通過導軌模進氣口向導氣槽充入氣體，在導軌模與導芯之間形成氣膜層，使導芯處于無摩擦的懸浮狀態(tài)；通過導芯進氣口向導芯中充入氣體，調整內部氣壓，使導芯和探針在垂直于水平面方向上處于力學平衡狀態(tài)；控制測頭沿Z軸向下移動，使探針頂端與被測工件表面接觸，微量增加導芯內部壓力，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量力與被測工件持續(xù)接觸；測頭中的激光位移傳感器記錄Z軸此時所在的高度值；軸系統(tǒng)復位，通過數(shù)控模塊設定軸系統(tǒng)的運動參數(shù)，開始測量；χ軸、Y軸帶動測頭按照預設路徑在工件表面連續(xù)掃描測量，激光位移傳感器不斷讀取高度數(shù)據(jù)并傳輸至計算模塊，最后得到由工件表面上的測量點以坐標值、高度值所構成的數(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)體系轉換為被測工件表面形態(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測量儀，解決了使用光學設備測量薄板材類元件尺寸時所無法避免的技術問題，包括由于材料表面類鋸齒狀微觀形態(tài)所導致的測量偏差，以及機器視覺和圖像處理技術對測量精度的限制，等等。該測量儀不僅能夠提高薄板材類元件表面尺寸特征的測量精度，而且可以提高測量過程的自動化程度和工作效率。
[0039]以上所述，僅為本發(fā)明的【具體實施方式】，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本【技術領域】的技術人員在本發(fā)明揭露的技術范圍內，可輕易想到變化或替換，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內。因此，本發(fā)明的保護范圍應以所述權利要求的保護范圍為準。
【權利要求】
1.一種接觸式薄板材尺寸自動測量儀，其特征在于，包括: 控制系統(tǒng)，其包括數(shù)控模塊、計算模塊、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軸運動的X軸、以垂直于水平面方向安裝在X軸上并沿X軸運動的Z軸，所述軸系統(tǒng)與控制系統(tǒng)中的數(shù)控模塊連接； 測頭，其安裝在Z軸上并沿Z軸運動，包括導軌模、導芯，所述導芯穿過導軌模，所述導軌模含有導軌模進氣口，其內表面設有導氣槽，充氣后可在導軌模內表面與導芯外表面之間形成空氣導軌，所述導芯內部為空心，其頂部設有用于向內部充氣的導芯進氣口，其底部還連接有彈簧，所述彈簧設置在導芯和測頭底部的底板之間，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)中的計算模塊連接。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種接觸式薄板材尺寸自動測量儀，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)權利要求1所述的一種接觸式薄板材尺寸自動測量儀，其特征在于，所述測頭采用垂直立式安裝。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種接觸式薄板材尺寸自動測量儀，其特征在于，所述導芯只能在導軌模內部沿垂直于水平面方向運動。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種接觸式薄板材尺寸自動測量儀，其特征在于，所述導氣槽的截面形狀為U字形。
6.根據(jù)權利要求1所述的一種接觸式薄板材尺寸自動測量儀，其特征在于，所述數(shù)控模塊、計算模塊安裝在計算機中，所述顯示模塊包括顯示器。
7.一種接觸式薄板材尺寸自動測量儀的使用方法，其特征在于，含有以下步驟: Ql:通過導軌模進氣口向導氣槽充入氣體，在導軌模與導芯之間形成氣膜層，使導芯處于無摩擦的懸浮狀態(tài)； Q2:通過導芯進氣口向導芯中充入氣體，調整內部氣壓，使導芯和探針在垂直于水平面方向上處于力學平衡狀態(tài)； Q3:控制測頭沿Z軸向下移動，使探針頂端與被測工件表面接觸，微量增加導芯內部壓力，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量力與被測工件持續(xù)接觸； Q4:測頭中的激光位移傳感器記錄Z軸此時所在的高度值； Q5:軸系統(tǒng)復位，通過數(shù)控模塊設定軸系統(tǒng)的運動參數(shù)，開始測量； Q6:X軸、Y軸帶動測頭按照預設路徑在工件表面連續(xù)掃描測量，激光位移傳感器不斷讀取高度數(shù)據(jù)并傳輸至計算模塊，最后得到由工件表面上的測量點以坐標值、高度值所構成的數(shù)據(jù)體系。
8.根據(jù)權利要求7所述的一種接觸式薄板材尺寸自動測量儀的使用方法，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)體系轉換為被測工件表面形態(tài)的具體圖像。
【文檔編號】G01B11/24GK104048625SQ201310078472
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2013年3月12日 優(yōu)先權日:2013年3月12日
【發(fā)明者】崔華 申請人:昆山允可精密工業(yè)技術有限公司