本實用新型屬于藍(lán)寶石襯底基片測試領(lǐng)域，涉及一種用于對藍(lán)寶石襯底基片的厚度、厚度偏差、翹曲度進(jìn)行自動檢測的系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

藍(lán)寶石晶體具有硬度高、熔點高、光透性好、熱穩(wěn)定性好、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定等優(yōu)良特性，在國防、航空航天、工業(yè)以及生活領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用，特別適合作為LED襯底材料。

藍(lán)寶石襯底基片，其質(zhì)量對后續(xù)GaN外延層的生長以及制備二極管的性能和成品率有很大的影響，生產(chǎn)高質(zhì)量的襯底基片，不僅要改進(jìn)襯底基片制備工藝技術(shù)，襯底基片質(zhì)量的檢測技術(shù)也是一個非常重要的環(huán)節(jié)。其中對藍(lán)寶石襯底基片幾何參數(shù)類質(zhì)量指標(biāo)的檢測是非常重要的。

目前藍(lán)寶石襯底基片幾何參數(shù)檢測通常采用兩種方式，即接觸式測試和無接觸式測試法。接觸式測試法普遍采用高精度的千分表來測基片的厚度、工人需要用手接拿住并移動藍(lán)寶石襯底基片，測試其不同位置的厚度值，其缺點是測試數(shù)值的準(zhǔn)確性、重復(fù)性取決于工人操作的手法，對操作工人的要求很高，生產(chǎn)效率也比較低，還有因為基片跟手接觸的時間比較長，容易產(chǎn)生對基片表面的污染，從而降低藍(lán)寶石襯底基片的出廠品質(zhì)。無接觸式測試方法目前通常會采用激光法和光學(xué)干涉法來測試藍(lán)寶石襯底基片的厚度，激光法因為其本身的物理特性，激光探頭對被測表面的反射狀態(tài)有要求，需要區(qū)分鏡面反射和漫反射藍(lán)寶石襯底基片，兩種反射狀態(tài)的片子不能同時測試，切換測試時需要調(diào)節(jié)激光探頭的角度，再重新校準(zhǔn)后才能測試，這對需要測試表面反射狀態(tài)不同、種類又比較多的廠家來說操作起來會比較麻煩，設(shè)備調(diào)整比較頻繁，影響設(shè)備的正常使用率。光學(xué)干涉法是比較先進(jìn)的一種測試方法，也沒有以上所述激光探頭存在的問題，目前國外藍(lán)寶石襯底基片幾何參數(shù)檢測設(shè)備生產(chǎn)廠家多數(shù)會選用光學(xué)干涉法來檢測襯底片的幾何參數(shù)。但是采用光學(xué)干涉法來測試藍(lán)寶石襯底基片幾何參數(shù)的設(shè)備由于其干涉探頭的價格較高，導(dǎo)致其最終設(shè)備的售價會比較高，受制于價格因素其該類檢測設(shè)備在藍(lán)寶石襯底基片生產(chǎn)廠中的普及率也不是很高。

因此當(dāng)前市場上急需要有一種測試精度高、測試方便、高性價比的藍(lán)寶石襯底基片自動測試設(shè)備，以適應(yīng)目前藍(lán)寶石襯底片生產(chǎn)廠家的需要。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種藍(lán)寶石襯底基片幾何參數(shù)檢測系統(tǒng)，目的在于實現(xiàn)藍(lán)寶石襯底基片的自動測試，只需要把藍(lán)寶石襯底基片放在傳送皮帶上，藍(lán)寶石襯底基片通過傳送皮帶的傳送進(jìn)行自動測試，完成對藍(lán)寶石襯底基片幾何參數(shù)中的厚度、厚度偏差、翹曲度的測試。

為了達(dá)到上述目的，本實用新型的解決方案是：

一種藍(lán)寶石襯底基片幾何參數(shù)檢測系統(tǒng)，包括傳送模塊、測試模塊、PLC控制模塊、信號處理模塊及控制模塊；

所述傳送模塊包括電機(jī)及電機(jī)驅(qū)動器和與所述電機(jī)及電機(jī)驅(qū)動器連接并由其驅(qū)動的傳送皮帶；

所述測試模塊包括沿著所述傳送模塊中的傳送皮帶的運(yùn)動方向一直線布置的四個有無片傳感器，其中布置在中間的兩個有無片傳感器之間的位置安裝有厚度測試探頭固定架，還包括上下相距標(biāo)準(zhǔn)距離的三對電容式位移傳感器，所述三對電容式位移傳感器按照前中后等距一直線分布固定在所述厚度測試探頭固定架上；

所述PLC控制模塊包括PLC控制器，所述PLC控制器的信號輸入端分別連接所述四個有無片傳感器的信號輸出端，所述PLC控制器的信號輸出端分別連接所述控制模塊、電機(jī)及電機(jī)驅(qū)動器；

所述信號處理模塊包括信號處理器，所述信號處理器的信號輸入端分別連接所述三對電容式位移傳感器的信號輸出端，所述信號處理器的信號輸出端連接所述控制模塊；

所述控制模塊包括通訊單元、模/數(shù)&數(shù)/模轉(zhuǎn)換器、計算機(jī)及數(shù)據(jù)處理器、顯示器；所述通訊單元的信號輸入端連接所述PLC控制模塊中的PLC控制器的信號輸出端，所述通訊單元的信號輸出端連接所述模/數(shù)&數(shù)/模轉(zhuǎn)換器的控制信號輸入端，所述模/數(shù)&數(shù)/模轉(zhuǎn)換器的信號輸入端連接所述信號處理模塊中的信號處理器的信號輸出端，所述模/數(shù)&數(shù)/模轉(zhuǎn)換器的信號輸出端連接所述計算機(jī)及數(shù)據(jù)處理器的信號輸入端，所述計算機(jī)及數(shù)據(jù)處理器的顯示信號輸出端連接所述顯示器的顯示信號輸入端。

依照本實用新型的一個方面，所述每對電容式位移傳感器由一個上電容式位移傳感器和一個下電容式位移傳感器組成，所述上電容式位移傳感器、下電容式位移傳感器分別位于所述傳送皮帶的上、下兩側(cè)，并相距標(biāo)準(zhǔn)距離。

由于采用上述方案，本實用新型的有益效果是：

本實用新型采用高精度無接觸式的電容式位移傳感器來測試藍(lán)寶石襯底基片的幾何參數(shù)，藍(lán)寶石襯底基片傳送通過PLC控制，測試數(shù)據(jù)的運(yùn)算通過高性能PC處理，PC和PLC之間通過通信單元進(jìn)行通信。一次操作可以同時得到藍(lán)寶石襯底基片的厚度、厚度偏差、翹曲度數(shù)據(jù)。用手動放片—傳送皮帶傳送藍(lán)寶石襯底基片-通過前中后分布的三對電容式位移傳感器自動測試藍(lán)寶石襯底基片的厚度、厚度偏差和翹曲度—手動取片的測試方式。與現(xiàn)有測試設(shè)備相比，本實用新型具有操作簡單、測試效率高和高性價比等優(yōu)勢。

附圖說明

為了更清楚地說明本實用新型實施例中的技術(shù)方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本實用新型檢測系統(tǒng)原理圖。

圖2是本實用新型檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

下面將結(jié)合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本實用新型中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護(hù)的范圍。

如圖1和圖2所示，本實用新型的藍(lán)寶石襯底基片幾何參數(shù)檢測系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)如下：

包括傳送模塊50、測試模塊40、PLC控制模塊30、信號處理模塊20及控制模塊10。

傳送模塊50包括電機(jī)及電機(jī)驅(qū)動器501和由電機(jī)及電機(jī)驅(qū)動器501驅(qū)動的傳送皮帶502。

測試模塊40包括沿著傳送模塊50中的傳送皮帶502的運(yùn)動方向從左至右依次布置的第一有無片傳感器503、第二有無片傳感器404、第三有無片傳感器409、第四有無片傳感器409。有無片傳感器為現(xiàn)有普通傳感器。其中第二有無片傳感器404和第三有無片傳感器409布置的距離比較接近，距離不大于一個藍(lán)寶石襯底基片的直徑，第二有無片傳感器404和第三有無片傳感器409的中間位置安裝有厚度測試探頭固定架401，還包括上下相距標(biāo)準(zhǔn)距離的三對電容式位移傳感器402、403、405，三對電容式位移傳感器402、403、405按照前、中、后等距一直線分布固定在厚度測試探頭固定架401上。每對電容式位移傳感器由上電容式位移傳感器、下電容式位移傳感器組成，兩者分別位于傳送皮帶502的上、下兩側(cè)。

PLC控制模塊30包括PLC控制器301，PLC控制器301的信號輸入端分別連接第一有無片傳感器503、第二有無片傳感器404、第三有無片傳感器409、第四有無片傳感器409的信號輸出端，PLC控制器301的信號輸出端分別連接控制模塊10和傳送模塊50中的電機(jī)及電機(jī)驅(qū)動器501。

信號處理模塊20包括信號處理器201，信號處理器201的信號輸入端分別連接三對電容式位移傳感器402、403、405的信號輸出端，信號處理器201的信號輸出端連接控制模塊10。

控制模塊10包括通訊單元103、模/數(shù)&數(shù)/模轉(zhuǎn)換器101、計算機(jī)及數(shù)據(jù)處理器102、顯示器104。通訊單元103的信號輸入端連接PLC控制模塊30中的PLC控制器301的信號輸出端，通訊單元103的信號輸出端連接模/數(shù)&數(shù)/模轉(zhuǎn)換器101的控制信號輸入端，模/數(shù)&數(shù)/模轉(zhuǎn)換器101的信號輸入端連接信號處理模塊20中的信號處理器201的信號輸出端，模/數(shù)&數(shù)/模轉(zhuǎn)換器101的信號輸出端連接計算機(jī)及數(shù)據(jù)處理器102的信號輸入端，計算機(jī)及數(shù)據(jù)處理器102的顯示信號輸出端連接顯示器104的顯示信號輸入端。

參考圖1和圖2，本實用新型的工作原理如下：

如圖1所示，待檢測的藍(lán)寶石襯底基片1放置于傳送皮帶502上，第一有無片傳感器503感應(yīng)到傳送皮帶502上方有藍(lán)寶石襯底基片1存在，發(fā)送信號給PLC控制器301，PLC控制器301發(fā)送電機(jī)運(yùn)行指令給電機(jī)驅(qū)動器，電機(jī)驅(qū)動器驅(qū)動電機(jī)501運(yùn)轉(zhuǎn)，傳送皮帶502帶動藍(lán)寶石襯底基片1向右移動，藍(lán)寶石襯底基片1移動到第二有無片傳感器404下方，第二有無片傳感器404探測到厚度測試探頭固定架401下方有藍(lán)寶石襯底基片1，發(fā)送有片信號給PLC控制器301，PLC控制器301通過通訊單元103發(fā)送信號接收指令給控制模塊10，命令控制模塊10可以接收信號處理模塊20中的信號處理器201的信號，控制模塊10分別從信號處理器201中采集前面上下兩個電容式位移傳感器402的探頭距離藍(lán)寶石襯底基片1上表面和下表面的位移信號A和B、采集中間上下兩個電容式位移傳感器403的探頭距離藍(lán)寶石襯底基片1上表面和下表面的位移信號A和B、及采集后面上下兩個電容式位移傳感器405的探頭距離藍(lán)寶石襯底基片1上表面和下表面的位移信號A和B。控制模塊10將上述信號通過模/數(shù)&數(shù)/模轉(zhuǎn)換器101再經(jīng)過計算機(jī)及數(shù)據(jù)處理器102通過公式：藍(lán)寶石襯底基片厚度＝D-(A+B)計算出藍(lán)寶石襯底基片1前、中、后位置的厚度，其中D為上下電容式位移傳感器相距的標(biāo)準(zhǔn)距離，A為藍(lán)寶石襯底基片上表面與上電容式位移傳感器的距離，b為藍(lán)寶石襯底基片下表面與下電容式位移傳感器的距離；藍(lán)寶石襯底基片1繼續(xù)移動△d距離，電容式位移傳感器402、403、405是不間斷實時采集的，因此任意微小的移動量△d電容式位移傳感器402、403、405都可以采集到，并實時通過信號處理器201傳輸?shù)娇刂颇K10，通過上述運(yùn)算獲得藍(lán)寶石襯底基片1移動△d位置后的前、中、后位置的厚度，通過公式：總厚度偏差＝Dmax-Dmin來計算藍(lán)寶石襯底基片1的總厚度偏差，通過公式：翹曲度＝1/2[|(A-B)|max-|(A-B)|min]來計算其翹曲度。本實用新型中藍(lán)寶石襯底基片1通過傳送皮帶502帶動，藍(lán)寶石襯底基片1通過電容式位移傳感器402、403、405，電容式位移傳感器402、403、405采集到一連串的位移信號，通過控制模塊10運(yùn)算得到藍(lán)寶石襯底基片1前、中、后3條連續(xù)的厚度值，最后通過以上公式運(yùn)算得到藍(lán)寶石襯底基片1的厚度、總厚度偏差及翹曲度。

當(dāng)藍(lán)寶石襯底基片1繼續(xù)向右移動，藍(lán)寶石襯底基片1移出第三有無片傳感器409，第三有無片傳感器409工作，發(fā)送厚度測試探頭固定架401下方?jīng)]有藍(lán)寶石襯底基片1的信號給PLC控制器301，PLC控制器301通過通訊單元103發(fā)送信號接收指令給控制模塊10，命令控制模塊10停止接收信號處理模塊20中的信號處理器201信號，控制模塊10停止從信號處理器201中接收信號，一片藍(lán)寶石襯底基片厚度測試結(jié)束。

當(dāng)藍(lán)寶石襯底基片1繼續(xù)向右移動，藍(lán)寶石襯底基片1擋住第四有無片傳感器504，第四有無片傳感器504工作并發(fā)送信號給PLC控制器301，PLC控制器301發(fā)送電機(jī)停止指令給電機(jī)驅(qū)動器，電機(jī)501停止運(yùn)轉(zhuǎn)?？刂颇K10把計算機(jī)及數(shù)據(jù)處理器102計算出的藍(lán)寶石襯底基片1的厚度、厚度偏差、翹曲度的測試數(shù)據(jù)顯示在顯示器104上。

注：本實用新型中所采用的各種傳感器、PLC控制器、信號處理器、模/數(shù)&數(shù)/模轉(zhuǎn)換器及數(shù)據(jù)處理器等均為市售商品。

上述的對實施例的描述是為便于該技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能理解和應(yīng)用本專利。熟悉本領(lǐng)域技術(shù)的人員顯然可以容易地對這些實施例做出各種修改，并把在此說明的一般原理應(yīng)用到其他實施例中而不必經(jīng)過創(chuàng)造性的勞動。因此，本實用新型不限于這里的實施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本實用新型的揭示，不脫離本實用新型范疇所做出的改進(jìn)和修改都應(yīng)該在本實用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。