氮化铝基板翘曲度非接触激光在线检测初步方案
一、问题提出:
对于钢性板子的翘曲,一般是指,板子自然申展（除重力之外无其他外力作用）状态的下，表面隆起和凹陷的现象，而翘曲度，则是这种隆起和凹陷现象的程度，既隆起和凹陷之定量分析，下面分析钢性板子翘曲的可能状态。


从上面的分析可以知道，检测翘曲度可以通过检测板子相对底座的高度来实现。而检测高度又可转换成测量板子和底层的总厚来完成。
依据国标对翘曲度的定义，如下：


则，翘曲度=（通过间距-基片厚度）/基片长度


则， 合格：翘曲度≤0.002
不合格：翘曲度>0.003
待定：0.002≤翘曲度≤0.003
二、 工程解决办法
可以通过S型扫描测厚找出最大值，如下图示：


三、 硬件架构
系统组成如下图：


四、 系统架构
激光翘曲度检测与自动分拣系统由上位电脑、真空吸吊机、龙门滑台，十字滑台及夹具、电气控制箱等组成。上位电脑按照程序设定控制真空吸吊机和龙门滑台将待测板件输送到十字滑台上，十字滑台承托基座为一块标准翘曲度底板，待测板件放在标准翘曲度底板上，十字滑台根据上位电脑发出的指令，将待测板件连同底板一起送到激光测厚仪测点上进行测量，然后将测量值减去底板厚度，这样就得到了待测板件上表面测点到底板间的实际距离，上位电脑将测量数据实时存入数据库中，测量结束后把全部数据进行比对和计算，最终得到待测板件的翘曲度。测量结束，真空吸吊机根据测量结果不同，将板件按合格和不合格进行分拣摆放。
四、系统工作原理说明
1.上位电脑
上位电脑主要配置为：CPU不低于酷睿七代I3、硬盘1T、内存8G、机箱为专用工控机箱、电源500W标准输出大功率服务器电源。电脑安装WIN7 64位旗舰版系统。
上位电脑根据用户不同的设置，控制龙门滑台带动真空吸吊机，将不同版型的板件精确输送到十字滑台原点上，然后上位电脑根据用户设定的待测板件版型，调整十字滑台的运动轨迹，确保十字滑台能托举板件到激光测厚仪测点上，精确测出待测点厚度，并实时将测厚数据保存到上位电脑中。测量完毕，上位电脑控制龙门滑台带动真空吸吊机，根据测量结果不同，将板件按合格和不合格进行分拣摆放。一个测量周期完成后，上位电脑控制十字滑台和龙门滑台回到原点，准备开始下一个周期的测量工作。
2.龙门滑台
龙门滑台由四轴丝杆线性滑台组合而成，使用闭环伺服步进电机进行驱动。在上位电脑、单片机和四轴PLC控制器的控制下，进行X、Y、Z轴运动，将待测板件输送到十字滑台上。由于使用了闭环伺服控制系统和丝杆驱动机制，滑台运动可靠，耐久性好，定位精度高，可以达到毫米极。
当上位电脑发出指令后，龙门滑台移动到待测板件上方，放下真空吸吊机，真空吸吊机上的传感器检查是否有板件，如果没有，龙门滑台复位，回到原点。如果有则继续放下真空吸吊机，直到吸吊机的吸盘接触到板件，发出停止下放指令。待真空吸吊机吸住板件后，上位电脑发出控制指令，龙门滑台升起真空吸吊机并移动到十字滑台上方，然后将吸吊机放下，待真空吸吊机上的接近传感器发出停止信号后，龙门滑台停止下放，真空吸吊机松开吸盘，板件落到十字滑台上，然后龙门升起，等待测量结束。测量结束后，龙门滑台带动真空吸吊机将板件再次提起，按照合格和不合格，将板件送到指定的分拣摆放地点。一个测量周期完成后，上位电脑控制龙门滑台回到原点，准备开始下一个周期的测量工作。
3.十字滑台
十字滑台由两轴丝杆线性滑台和标准翘曲度底板组合而成，使用闭环伺服步进电机进行驱动。在上位电脑、单片机和两轴PLC控制器的控制下，进行X、Y轴运动，将待测板件输送到激光测厚仪测点上进行测量。
托举待测板件的基座由一块标准翘曲度底板构成。待测板件由于自身存在翘曲，放置到底板上后，不同板件上表面测点到标准底板的距离存在差异，上位电脑控制十字滑台用标准底板托举待测板件移动到激光测厚仪测点上进行厚度测量，获得厚度数值后再通过计算公式计算，最终取得待测板件的翘曲数值，判断板件合格还是不合格并存入数据库中。最后，上位电脑控制真空吸吊机落下，将板件移走，根据不同测量结果，将板件摆放到不同位置。测量结束，十字滑台复位，准备开始下一个周期的测量工作。
4.真空吸吊机
真空吸吊机系统由空压机、治具、夹具、真空发生器、真空吸盘，电磁阀、接近传感器等组成。真空吸吊机通过夹具固定在龙门滑台上，当上位电脑控制龙门滑台移动到待测板件上方后，安装治具上的接近传感器检测下方是否有板件，并将信息发送回上位电脑，如果有板件，上位电脑控制真空吸吊机落下，当真空吸盘接触到板件表面后，限位传感器发出信号，真空吸吊机停止落下，电磁阀工作，真空发生器在吸盘内产生真空，吸盘抓取待测板件，之后龙门滑台移动到十字滑台上，放下真空吸吊机，真空吸吊机上的接近传感器判断和十字滑台间的距离，到达设定值后发出停止信号，真空吸吊机停止下落，电磁阀开始工作，真空发生器泄压，吸盘松开板件，板件落到十字滑台上。待板件检测完毕，真空吸吊机重新将板件抓取起来，根据不同测量结果，将板件摆放到不同位置，测量过程结束，真空吸吊机复位，准备开始下一个周期的测量工作。
5.电气控制箱
电气控制箱内安装有控制电气部件，用来执行各种运动控制。

五、 流程图