氮化铝基板非接触激光在线测厚和合格与否判决机初步方案

一、客户基本测厚要求：

1,测量对象：氮化铝基板（最重：100g）

基板尺寸范围：正方块,最小114 mm*114 mm，最大124mm*124mm，

厚度范围:最小0.25 mm，最大1.5mm，

2,分检判决标准：

合格: 0.381 mm +/-0.03 mm; 板内9点厚度的极大值减极小值之差≤0.025 mm

0.381 mm +/-0.04 mm; 板内9点厚度的极大值减极小值之差≤0.025 mm

0.381 mm +/-0.05 mm; 板内9点厚度的极大值减极小值之差≤0.025 mm

0.5 mm +/-0.03 mm; 板内9点厚度的极大值减极小值之差≤0.025 mm

0.5 mm +/-0.04 mm; 板内9点厚度的极大值减极小值之差≤0.025 mm

0.5 mm +/-0.05 mm; 板内9点厚度的极大值减极小值之差≤0.025 mm

0.762 mm +/-0.05 mm; 板内9点厚度的极大值减极小值之差≤0.025 mm

超出上面误差范围的为不合格品.且需要电脑保留数据.

将上面用户的具体判决标准抽象为算法:

设: f(x,y)为厚度函数,单位为:mm

X的定义域为: 0.1≤x≤1.5

y的定义域为: 0.01≤y≤0.05

则:x-y≤f(x,y)≤x+y;

MAX[f(x,y)]- MIN[f(x,y)]≤0.025

且:[x-y≤f(x,y)≤x+y]AND {MAX[f(x,y)]- MIN[f(x,y)]≤0.025}=true

3,产品测厚要求

每张板测量9个点，分三行排列，如下图视：

二、系统架构

为了实现对正方块板：114 mm*114 mm和124mm X124mm；厚：0.25mm ~1.5mm板块的在线动态非接触高精度激光测厚与厚度合格与不合格的分拣功能，我们建意用一台LTG-680型激光在线测厚仪做X-Y二维扫描步进定点测量板块各位置（9点）的厚度（本型号激光在线测厚仪扫描宽度可达：680mm；厚度范围：0.02 mm -6mm；测量精度：+/-0.002mm）。同时增设自动吸盘上料系统和自动板厚分检判决系统，构成一套自动化的氮化铝板测厚和厚度合格与否判决生产线，系统架构图如下图：

1,系统设计

如上图所示，待测的基板按要求放到指定位置（吸盘可到位），上料系统受上位计算机控制。LTG-680激光在线测厚仪安装在二维定点扫描架上，可做X-Y移动定位，受单片机和上位机联合控制，完成对氮化铝板块的测厚任务。厚度分选机构受单片机和上位机联合控制，实施合格板，超厚板，超薄板的分检判断。激光在线测厚仪的软件界面图如下：

上位计算机的软件界面目前还没有。
联人（电）：one three six five two three one one six zero one

2,工作原理

系统接收启动信号，开始工作：首先，检测设定的待测板材型号，按照选定的型号启动相应定位程序，然后定位程序发出控制脉冲（不同定位程序所发脉冲数不同），引导真空吸吊机夹具移动到待测板材上方，将板材吊起并运送到自动测试平台上。自动测试平台根据电脑设定板材尺寸启动相应脉冲移动程序，控制平台托举板材送至激光测厚仪的有效测量范围，沿三条线进行扫描测厚，电脑系统根据不同尺寸板材的设定，记录输出脉冲信号数量，从而计算出激光测厚仪测厚点在板材上的位置(软件只记录9点位置的厚度值,其他位置的厚度值不参与合格与否之判决)，在需要测试的点位将测厚数据存储下来并在电脑上显示。最后，按照待测板材是否合格启动相应定位程序，引导真空吸吊机夹具将板材吊起送至指定位置，完成一个检测周期。

四、测量中的同步和位置传感问题

氮化铝板是一张，一张传送过来的，所以，上料机下方有无板，板子有无传送到位，激光在线测厚仪下方有无被测板，测量后板子有无成功分选取走等，这些都需求有一套完整的检测系统来完成，故，还要设计一套位置检测装置。另外，上料，测厚，判决这三个执行机构之间的协同，互联，互锁等逻辑也要设计一套控制软件来实施。

五、上位计算机系统

上位计算机系统是一个数据处理系统，它从激光测厚仪获取氮化铝板块的各区域的厚度数据并根据判决规律控制分选机购完成分选功能。同时它也是整套系统的控制中心，它可控制上料机，测厚机，判决机三个执行机构之间的协同工作，互联通信，互锁逻辑，使三个动作机构能协同工作，完成自动氮化铝板块测厚和厚度合格与否的判决工作。

六、自动化测厚系统各机构组成（共六部份）

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测试平台

测厚仪随动伺服系统

分拣判决系统

上位控制电脑

控制箱

一．上料系统

1.组成

（1）真空吸吊机

（2）龙门式XYZ轴滑台（对小板块，不需要龙门式）

（3）位置传感器

（4）单片机（含待开发软件）;可编程控制器(PLC, 待开发软件)

2.作用

将待测板材提送至测试平台，由测厚仪进行测试。

二．测试平台

1.组成

（1）不锈钢工作台

（2）位置传感器

（3）传感器支架

2.作用

安装相应位置传感器，使真空吸吊机能将待测板材正确摆放到测试初始位置，由测厚仪进行测试。

三．测厚仪随动伺服系统

1.组成

（1）十字式XY轴滑台

（2）滑台支架

（3）位置传感器

（4）单片机（含待开发软件）;可编程控制器(PLC, 待开发软件)

2.作用

按照单片机给出的控制信号，将测厚仪移动到待测板材指定位置进行测量。

四．分拣系统

1.组成

（1）真空吸吊机

（2）龙门式XYZ轴滑台(对小板块，不需要龙门式)

（3）位置传感器

（4）气动式换向器

（5）单片机（含待开发软件）; 可编程控制器(PLC, 待开发软件)

2.作用

按照单片机控制，在有需要时将待测板材换向，供测厚仪测试，对需要进行标识的板材进行喷码。测试完毕后将板材提送至上位电脑指定的堆放区域。

五．上位控制电脑

1.组成

（1）电脑主机

（2）显示器

（3）单片机（含待开发软件）; 可编程控制器(PLC, 待开发软件)

2.作用

获取测厚仪的数据，将每个测试点的数据记录下来，然后与设定数据进行比对，根据比对结果，控制分拣系统将板材堆放到相应位置。

六．控制箱

1.组成

（1）控制箱体

（2）空气开关

（3）保护电路

（4）直流电源

（5）单片机（含待开发软件）; 可编程控制器(PLC, 待开发软件)

（6）接线柱

2.作用

为各个单元提供电源，集中布置各个单元控制单片机，各个单元控制按钮集中接线。测试参数设定。

七．软件算法(厚度分检判决)

设: f(x,y)为厚度函数,单位为:mm

X的定义域为: 0.1≤x≤1.5

y的定义域为: 0.01≤y≤0.05

则:x-y≤f(x,y)≤x+y;

MAX[f(x,y)]- MIN[f(x,y)]≤0.025

且:[x-y≤f(x,y)≤x+y]AND {MAX[f(x,y)]- MIN[f(x,y)]≤0.025}=true

流程图