接触式测头制造技术

本实用新型专利技术公开了一种接触式测头，包括测头安装座、探针、方形空气导轨、激光位移传感器和光栅尺，所述测头安装座上固定有测头安装底板，所述测头安装底板上固定有方形空气导轨，所述方形空气导轨包括导芯和套在所述导芯上的方形导轨导向座，所述导芯顶端设有进气口，底端固定有所述探针，所述方形导轨导向座的一个外侧面开有方形导轨进气口，所述方形导轨导向座内设有导气槽，四个内侧面上开有导向面开口，所述导气槽内的压缩空气进入导向面开口并在所述方形导轨导向座和导芯之间形成气膜层。本实用新型专利技术采用测量力精确可控的高精度接触式测头来进行高反材料厚度测量，完全排除了非接触式测量所存在的技术问题。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及检测领域，具体涉及一种接触式测头。
技术介绍
在半导体、太阳能、光学玻璃等行业中，有大量产品表面具有高亮度反光特性。如半导体行业中的芯片基材，厚度一般在0.3_以下，材料为不锈钢片、镍片、镍合金片、电铸片等。根据性能要求不同，需要经过电铸、电镀、抛光、蚀刻等工序，最后才能加工成成品，无论是原材料、半成品或是成品，其表面均呈高亮反光特性。而太阳能行业中的晶圆(wafer)，本身由4层材料构成，第I层为wafer层、第2层为粘合剂、第3层为玻璃、第4层为胶带，各层之间通过压合工艺制作成wafer成品，要保证最终成品厚度均匀性，就需要控制各层相互压合后的厚度均匀性，尤其是wafer层和玻璃层，表面均具有高亮度反光甚至透明特性。光学玻璃行业中的各类镜片，除自身为透明材质外，同样具有高亮度反光特性。随着市场对该行业产品性能提出越来越高的要求，这些基础材料的厚度等重要特征的质量控制越来越严格，以确保最终成品的性能和可靠性。针对这些具有高亮度反光特性的材料，以往厚度测量方法一般均是通过非接触式测量方法来进行测量，测量原理为通过激光位移传感器发出一束光，打在材料表面，以与入射光束呈一定角度反射，被激光位移传感器信号接收窗口接收。如果材料表面凸凹不平，则会直接反映到接收窗口，并通过内部标尺，实时测量所反馈光束因材料表面高低不平所产生的位移变化量，通过机器视觉 和图像处理技术，即可计算出这个变化量的具体数值，最终计算出薄板材厚度。测量时，先将厚度为A的标准块放置在测量工位上、下测头之间的支撑平台上，测量标准块的厚度，以对测量系统进行校零操作。假定被测薄钢板厚度为I则实际被测物厚度为S=A- (x-a)- (y-b)。这种测量方法在针对具有高亮度反光特性的材料厚度测量时，材料表面微观结构表现为类似“皱纹”状特性。如图1所示，这种微观结构尺寸往往在IOum甚至更小范围内，但足以对激光光束反射角度造成较大影响，直接导致测量精度下降。另外，由于机器视觉和图像处理技术发展到今天，最小分辨率还只能到亚微米级，使得最终精密薄材的测量精度难有突破，而高端电子产品市场对产品性能要求越来越高，从而对用于电路基材的各类薄板材也提出了更高的质量要求。传统厚度测量方法难以满足高精度测量需求。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题是解决表面高反薄板材厚度测量工具难以满足高精度测量需求的问题。为了解决上述技术问题，本技术所采用的技术方案是提供一种接触式测头，包括测头安装座、探针、方形空气导轨、激光位移传感器和光栅尺，所述测头安装座上固定有测头安装底板，所述测头安装底板上固定有方形空气导轨，所述方形空气导轨上端固定有空气导轨进气座，所述空气导轨进气座上设有空气导轨导芯供气接头，所述方形空气导轨包括导芯和套在所述导芯上的方形导轨导向座，所述导芯顶端设有进气口，底端固定有所述探针，所述方形导轨导向座的一个外侧面开有方形导轨进气口，所述方形导轨导向座内设有导气槽，四个内侧面上开有导向面开口，所述导气槽内的压缩空气进入导向面开口并在所述方形导轨导向座和导芯之间形成气膜层，所述探针上套有精密弹簧，所述探针的底端固定有接触工件表面的红宝石球，所述光栅尺固定于所述导芯的顶端，通过与所述光栅尺平行安装的所述激光位移传感器来测定所述探针随工件表面形貌变化而导致导芯上下垂直运动的位移量。在上述接触式测头中，所述测头安装底板的顶端固定有与所述激光位移传感器连接的传感器数据传输线缆。在上述接触式测头中，所述测头安装底板包括上端的顶板和底端的底板。在上述接触式测头中，所述激光位移传感器通过传感器安装板固定在所述测头安装底板上。本技术提供的接触式测头，测量力精确可控，完全排除了非接触式测量所存在的技术问题。相比于光学测量精度受制于机器视觉和图像处理技术的发展，采取接触式测量的测量精度更高，该方法为半导体、太阳能、光学玻璃等行业中材料表面具有高亮度反光特性的高端产品厚度测量提供优化解决方法。附图说明图1为本技术提供的表面微观结构对反光光束影响示意图，其中:1.具有微观结构的被测物；2.实际反光光束；3.收光窗口 ；4.激光位移传感器；5.发光窗口 ；6.理论反光光束；7.发射光束。图2为本技术提供的精密接触式测头示意图，其中:15.探针；16.精密弹簧；17.方形空气导轨；18.空气导轨进气座；19.激光位移传感器；20.激光位移传感器固定螺钉；21.顶板；22.传感器数 据传输线缆；23.传感器线缆接头；24.传感器安装板；25.光栅尺；26.空气导轨导芯供气接头；27.测头安装座；28.测头安装螺钉；29.测头安装底板；30.底板。图3为本技术提供的方形空气导轨示意图，其中:34.导芯；35.方形导轨进气口 ；36.导芯进气口 ；37.方形导轨导向座。图4为本专利技术提供的表面高反薄板材厚度测量方法示意图，其中:38.下接触式测头；39.工件承载台；40.上接触式测头；41.标准块；42.导芯简化体。具体实施方式以下结合附图对本技术作出详细的说明。如图2、图3所示，本技术提供的接触式测头包括测头安装座27、探针15、方形空气导轨17、激光位移传感器19和光栅尺25，测头安装座27上固定有测头安装底板29，测头安装底板29上固定有方形空气导轨17，方形空气导轨17上端固定有空气导轨进气座18，空气导轨进气座18上设有空气导轨导芯供气接头26，方形空气导轨17包括导芯34和套在导芯34上的方形导轨导向座37，导芯34顶端设有进气口，底端固定有探针15，方形导轨导向座37的一个外侧面开有方形导轨进气口，方形导轨导向座37内设有导气槽，四个内侧面上开有导向面开口，导气槽内的压缩空气进入导向面开口并在方形导轨导向座37和导芯34之间形成气膜层，探针15上套有精密弹簧16，探针15的底端固定有接触工件表面的红宝石球，光栅尺25固定于导芯34的顶端，通过与光栅尺25平行安装的激光位移传感器19来测定探针15随工件表面形貌变化而导致导芯34上下垂直运动的位移量。测头安装底板29包括上端的顶板21和底端的底板30，测头安装底板29的顶端固定有与激光位移传感器19连接的传感器数据传输线缆22。激光位移传感器19通过传感器安装板24固定在测头安装底板29上。下面详细说明测量过程:供应给导芯34内部的压缩空气会在导芯34内部产生一个垂直向下的力P，如图4所示，导芯34自身重力为G，在这两个垂直向下的力的综合作用下，将向下挤压精密弹簧16，精密弹簧16将随之产生一个向上的反作用力F，通过精确控制供应给导芯34的压缩空气气压，则可精确控制垂直向下的力P的大小，从而实现导芯34在垂直方向上的力学平衡，此时安装在导芯34下端的探针15同样处于垂直方向的力学平衡状态中。当探针15下端的红宝石球接触到工件表面时，则被测工件会瞬间有一个向上推动探针15的作用力，如果探针15刚接触工件表面时该反作用力较大时，则易对工件表面损伤。因此，务必在探针15接触工件表面前，精确调节压力P，使得探针15在接触过程中处于垂直方向的力学平衡状态中。而为了探针15上的红宝石球始终与工件表面保持接触状态，可微量增加力P，使得探针15向下作用在工件表面上力略大于其反作用力。根据工本文档来自技高网...

【技术保护点】
接触式测头，其特征在于，包括测头安装座、探针、方形空气导轨、激光位移传感器和光栅尺，所述测头安装座上固定有测头安装底板，所述测头安装底板上固定有方形空气导轨，所述方形空气导轨上端固定有空气导轨进气座，所述空气导轨进气座上设有空气导轨导芯供气接头，所述方形空气导轨包括导芯和套在所述导芯上的方形导轨导向座，所述导芯顶端设有进气口，底端固定有所述探针，所述方形导轨导向座的一个外侧面开有方形导轨进气口，所述方形导轨导向座内设有导气槽，四个内侧面上开有导向面开口，所述导气槽内的压缩空气进入导向面开口并在所述方形导轨导向座和导芯之间形成气膜层，所述探针上套有精密弹簧，所述探针的底端固定有接触工件表面的红宝石球，所述光栅尺固定于所述导芯的顶端，通过与所述光栅尺平行安装的所述激光位移传感器来测定所述探针随工件表面形貌变化而导致导芯上下垂直运动的位移量。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：崔华，
申请(专利权)人：昆山允可精密工业技术有限公司，
类型：实用新型
国别省市：