1.本发明涉及基于图像识别的多片金刚石衬底检测装置及检测方法。
背景技术：2.金刚石具有很高的硬度、良好的化学稳定性、高的热传导率、高的弹性模量、很大的电阻、宽带隙、较宽的透光波段及很低的摩擦系数等优越的物理化学、光学和热学性质被视为21世纪最有发展前途的工程材料，在高科技领域具有广泛的应用前景。例如用作核聚变反应堆中的兆瓦回旋振荡管的高倍光学镜片、x射线光学组件、高功率密度散热器、拉曼激光光学镜片、用于在高压条件下进行科研的金刚石材料制成的部件、量子计算机上的光电学器件、量子计算机上的光电学器件、两极性的金刚石电子器件等等。
3.而为了提升金刚石片的加工效率，开始使用多片金刚石片同时加工，而在加工时如果被加工的金刚石片衬底的贴片质量较差，如：金刚石片厚度极差过大会影响加工效果，甚至会无法加工。如果金刚石片贴片位置不精准会导致加工金刚石片质量相差过大，会提高加工成本，以及时间成本。如果金刚石片与衬底胶水粘结时有缺陷或者气泡超过允许范围，会导致碎片、飞片甚至导致机器损毁，所以较差的金刚衬底的贴片质量会影响其在高科技领域的应用，因此实现金刚石超精密加工是提高金刚石应用的关键。
4.而现有的多片金刚石衬底检测设备存在以下问题：
5.1.多片金刚石片检测较为复杂，检测时间过长。
6.2.各金刚石片之间高度差过大导致加工时的浪费。
7.3.手动检测有较大误差。
8.4.传统检测的可重复性较差。
9.5.对于多片金刚石片的位置准确性，传统测量较为困难。
10.6.金刚石衬底片的牢固性检测中，相关技术人员需要一定的加工经验。
技术实现要素：11.本发明提供了基于图像识别的多片金刚石衬底检测装置及检测方法，其克服了背景技术所存在的不足。本发明解决其技术问题所采用的技术方案之一是：
12.基于图像识别的多片金刚石衬底检测装置，其特征在于：它包括：
13.衬底固定机构，其包括衬底固定架，该衬底固定架设有上下贯穿的衬底容纳腔，该衬底容纳腔用于放置贴有多片金刚石片的衬底；
14.图像检测机构，其包括第一相机和第二相机，所述第一相机和第二相机分别位于衬底容纳腔的正上方和正下方，所述第一相机对所述衬底进行拍摄以确定需要测厚的位置，所述第二相机对所述衬底进行拍摄以识别所述衬底的缺陷及气泡；
15.厚度检测机构，其包括位移传动机构、第一激光位移传感器和第二激光位移传感器，所述第一激光位移传感器和第二激光位移传感器均安装在位移传动机构上且分别位于衬底容纳腔的上方和下方，该位移传动机构可带动第一激光位移传感器和第二激光位移传
感器同步移动，以对衬底容纳腔内的衬底进行定位测量，进而得到多片金刚石片处的厚度信息。
16.一较佳实施例之中：所述衬底容纳腔之腔壁设有一台阶面，所述衬底四周置于该台阶面上。
17.一较佳实施例之中：所述衬底固定机构还包括调节板，该调节板四周可置于所述台阶面上，且该调节板设有上下贯穿的衬底容纳分腔。
18.一较佳实施例之中：所述图像检测机构还包括环形灯，所述环形灯位于衬底容置腔上方且与衬底容置腔同心布置，该环形灯的出光面朝向衬底容置腔。
19.一较佳实施例之中：所述图像检测机构还包括相机支杆、第一横架和第二横架，所述第一横架和第二横架均固接在相机支杆上且二者上下间隔布置，所述第一相机和第二相机分别固接在第一横架和第二横架上。
20.一较佳实施例之中：所述位移传动机构包括第一导轨、第一导轨架、第一驱动电机、第二导轨、第二导轨架和第二驱动电机，所述第一导轨向前后方向延伸，所述第一导轨架滑动装接在第一导轨上且与第一驱动电机相传动连接；所述第二导轨固接在第一导轨架上且其向左右方向延伸，所述第二导轨架滑动装接在第二导轨上且与第二驱动电机传动连接，所述第一激光位移传感器和第二激光位移传感器均安装在第二导轨架上。
21.一较佳实施例之中：还包括衬底装卸机构，该衬底装卸机构包括旋转电缸、摆臂、顶出气缸、顶出座、环形橡胶垫和可通入负压的快速连接阀，所述摆臂连接在旋转电缸上且可水平转动，所述顶出气缸安装在摆臂上，所述顶出座连接顶出气缸且，该顶出座可上下移动并能向上伸出衬底容置腔，所述环形橡胶垫固接在顶出座上且二者之间围成负压腔，所述快速连接阀安装在顶出座上且与负压腔相连通。
22.一较佳实施例之中：还包括显示屏，该显示屏与图像检测机构、厚度检测机构均相连接。
23.本发明解决其技术问题所采用的技术方案之二是：
24.基于图像识别的多片金刚石衬底检测装置的检测方法，其应用所述的基于图像识别的多片金刚石衬底检测装置，包括：
25.步骤10，将贴有多片金刚石片的衬底放置在衬底容纳腔内；
26.步骤20，第一相机对所述衬底进行拍摄，通过处理计算出需要测厚的位置，第二相机对所述衬底进行拍摄，通过处理计算并画出所述衬底的缺陷及气泡的位置；
27.步骤30，位移传动机构根据计算出的测厚位置，带动第一激光位移传感器和第二激光位移传感器移动至相应的位置，以对衬底进行定位测量，进而得到多片金刚石片处的厚度信息；
28.步骤40，总体分析衬底上金刚石片的位置、缺陷、气泡及厚度，并判断该衬底的合格性；
29.步骤50，将衬底从衬底容纳腔内取出，以进行下一步动作。
30.一较佳实施例之中：该检测装置还包括衬底装卸机构，该衬底装卸机构包括旋转电缸、摆臂、顶出气缸、顶出座、环形橡胶垫和可通入负压的快速连接阀，所述摆臂连接在旋转电缸上且可水平转动，所述顶出气缸安装在摆臂上，所述顶出座连接顶出气缸且，该顶出座可上下移动并能向上伸出衬底容置腔，所述环形橡胶垫固接在顶出座上且二者之间围成
负压腔，所述快速连接阀安装在顶出座上且与负压腔相连通；
31.在步骤10中，通过机械臂将衬底放置在环形橡胶垫上，并通过快速连接阀对负压腔通入负压以使衬底牢固吸附在环形橡胶垫上；再通过顶出气缸带动顶出座沿着衬底容纳腔向下移动，当衬底快接触到衬底容纳腔内壁时，停止供给负压，此时衬底稳稳置于衬底容纳腔内。
32.本技术方案与背景技术相比，它具有如下优点：
33.1.本发明设计的装置简单、操作方便，可以解决多片金刚石衬底贴片后的自动化检测并且具有很高的精度以及可重复性，可以极大程度上降低了人工以及学习成本；且，在半导体超精密加工的准备阶段有很高的使用价值。
34.2.衬底四周置于该台阶面上，通过台阶面对衬底四周进行支撑，以避免衬底从衬底容纳腔内掉落。
35.3.调节板四周可置于所述台阶面上，且该调节板设有上下贯穿的衬底容纳分腔，为了对不同尺寸的衬底进行检测，设置该调节板，以适应更小尺寸的衬底，通配性更强。
36.4.环形灯位于衬底容置腔上方且与衬底容置腔同心布置，该环形灯的出光面朝向衬底容置腔，检测过程中，环形灯可对金刚石表面进行均匀打光，以凸显衬底的缺陷及气泡。
37.5.位移传动机构包括第一导轨、第一导轨架、第一驱动电机、第二导轨、第二导轨架和第二驱动电机，使得第一激光位移传感器和第二激光位移传感器可在水平面上进行自由移动，定位更加准确。
38.6.衬底装卸机构的设计，可与机械臂进行适配，使得衬底的放置更加准确，不易出现衬底放置不到位的情况。
39.7.显示屏的设置，可及时显示衬底的缺陷及气泡位置、合格与否等信息，方便及时查看衬底的状态。
附图说明
40.下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
41.图1绘示了一较佳实施例的基于图像识别的多片金刚石衬底检测装置的立体结构示意图之一。
42.图2绘示了一较佳实施例的基于图像识别的多片金刚石衬底检测装置的正视示意图。
43.图3绘示了一较佳实施例的基于图像识别的多片金刚石衬底检测装置的立体结构示意图之二。
44.图4绘示了一较佳实施例的基于图像识别的多片金刚石衬底检测装置的立体结构示意图之三。
45.图5绘示了一较佳实施例的基于图像识别的多片金刚石衬底检测装置的立体结构示意图之四。
46.图6绘示了一较佳实施例的衬底装卸机构的立体结构示意图。
47.图7绘示了一较佳实施例的调节板与衬底容纳腔的装配示意图。
具体实施方式
48.本发明的权利要求书、说明书及上述附图中，除非另有明确限定，如使用术语“第一”、“第二”或“第三”等，都是为了区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。
49.本发明的权利要求书、说明书及上述附图中，除非另有明确限定，对于方位词，如使用术语“中心”、“横向”、“纵向”、“水平”、“垂直”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顺时针”、“逆时针”等指示方位或位置关系乃基于附图所示的方位和位置关系，且仅是为了便于叙述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或以特定的方位构造和操作，所以也不能理解为限制本发明的具体保护范围。
50.本发明的权利要求书、说明书及上述附图中，除非另有明确限定，如使用术语“固接”、“固定连接”，应作广义理解，即两者之间没有位移关系和相对转动关系的任何连接方式，也就是说包括不可拆卸的固定连接、可拆卸的固定连接、连为一体以及通过其他装置或元件固定连接。
51.本发明的权利要求书、说明书及上述附图中，如使用术语“包括”、“具有”、以及它们的变形，意图在于“包含但不限于”。
52.请查阅图1至图7，基于图像识别的多片金刚石衬底检测装置的一较佳实施例，所述的基于图像识别的多片金刚石衬底检测装置，它包括衬底固定机构100、图像检测机构200和厚度检测机构300。
53.为了更加一体化，可设置框架10，将衬底固定机构100、图像检测机构200和厚度检测机构300都集中在框架10内。如图5所示，该框架10为顶端开口的方形体。
54.所述衬底固定机构100包括衬底固定架，该衬底固定架设有上下贯穿的衬底容纳腔110，该衬底容纳腔110用于放置贴有多片金刚石片的衬底20。具体的，该衬底固定架包括两个固定支脚120和固定横板130，固定横板130的两端分别与两个固定支脚120进行固定连接，所述衬底容纳腔110开设在固定横板130上。
55.本实施例中，如图7所示，所述衬底容纳腔110之腔壁设有一台阶面111，所述衬底20四周置于该台阶面111上。此时，该衬底容纳腔110可适配4英寸的衬底。
56.本实施例中，所述衬底固定机构100还包括调节板140，该调节板140四周可置于所述台阶面111上，且该调节板140设有上下贯穿的衬底容纳分腔141。该衬底容纳分腔141的结构与衬底容纳腔110的结构相同，由此，该衬底容纳分腔141可适配2英寸的衬底。
57.且，为了便于衬底20的取出，在衬底容纳腔110以及衬底容纳分腔141的腔壁分别设置有方便手部伸入的第一让位凹槽112和第二让位凹槽142。当需要人手放置或取出衬底时，第一让位凹槽112和第二让位凹槽142的设置可极大方便衬底的放置或取出。
58.所述图像检测机构200包括第一相机210和第二相机220，所述第一相机210和第二相机220分别位于衬底容纳腔110的正上方和正下方，也即，第一相机210和第二相机220相对布置，且二者的镜头均正向朝向衬底容纳腔110。所述第一相机210对所述衬底20进行拍摄以确定需要测厚的位置，所述第二相机220对所述衬底20进行拍摄以识别所述衬底20的缺陷及气泡。
59.具体的，如图2和图3所示，所述图像检测机构200还包括相机支杆230、第一横架240和第二横架250，所述第一横架240和第二横架250均固接在相机支杆230上且二者上下
间隔布置，所述第一相机210和第二相机220分别固接在第一横架240和第二横架250上。
60.本实施例中，所述图像检测机构200还包括环形灯260，所述环形灯260位于衬底容置腔110上方且与衬底容置腔110同心布置，该环形灯260的出光面朝向衬底容置腔110。如图3所示，所述第一横架240末端向下设置有灯架241，所述环形灯260固接在灯架241上，且第一相机210的镜头与环形灯260的中心相正对。
61.所述厚度检测机构300包括位移传动机构、第一激光位移传感器310和第二激光位移传感器320，所述第一激光位移传感器310和第二激光位移传感器320均安装在位移传动机构上且分别位于衬底容纳腔110的上方和下方，该位移传动机构可带动第一激光位移传感器310和第二激光位移传感器320同步移动，以对衬底容纳腔110内的衬底20进行定位测量，进而得到多片金刚石片处的厚度信息。
62.本实施例中，所述位移传动机构包括第一导轨330、第一导轨架340、第一驱动电机350、第二导轨360、第二导轨架370和第二驱动电机380，所述第一导轨330向前后方向延伸，所述第一导轨架340滑动装接在第一导轨330上且与第一驱动电机350相传动连接；所述第二导轨360固接在第一导轨架340上且其向左右方向延伸，所述第二导轨架370滑动装接在第二导轨360上且与第二驱动电机380传动连接，所述第一激光位移传感器310和第二激光位移传感器320均安装在第二导轨架370上。
63.具体的，如图4所示，所述第一驱动电机350通过第一丝杆351传动连接第一导轨架340，第二驱动电机380通过第二丝杆381传动连接第二导轨架370。如图3所示，第二导轨架370包括第二导轨座371、两个第二导轨杆372、第三横架373和第四横架374，两个第二导轨杆372均固接在第二导轨座371上且间隔布置，所述第三横架373和第四横架374均固定套接在两个第二导轨杆372上且上下间隔布置，所述第一激光位移传感器310和第二激光位移传感器320分别固接在第三横架373和第四横架374上。
64.本实施例中，如图6所示，该检测装置还包括衬底装卸机构400，该衬底装卸机构400包括旋转电缸410、摆臂420、顶出气缸430、顶出座440、环形橡胶垫450和可通入负压的快速连接阀460，所述摆臂420连接在旋转电缸410上且可水平转动，所述顶出气缸430安装在摆臂420上，所述顶出座440连接顶出气缸430，该顶出座440可上下移动并能向上伸出衬底容置腔110，所述环形橡胶垫450固接在顶出座440上且二者之间围成负压腔，所述快速连接阀460安装在顶出座440上且与负压腔相连通。
65.本实施例中，还包括显示屏500，该显示屏500与图像检测机构200、厚度检测机构300均相连接。如图5所示，该显示屏500安装在框架10外侧。
66.基于图像识别的多片金刚石衬底检测装置的检测方法，包括：
67.步骤10，将贴有多片金刚石片的衬底20放置在衬底容纳腔110内；
68.本实施例中，在步骤10中，通过机械臂将衬底放置在环形橡胶垫450上，并通过快速连接阀460对负压腔通入负压以使衬底20牢固吸附在环形橡胶垫450上；再通过顶出气缸430带动顶出座440沿着衬底容纳腔110向下移动，当衬底20快接触到衬底容纳腔110内壁时，停止供给负压，此时衬底20稳稳置于衬底容纳腔110内。其中，通过快速连接阀460通入的负压的大小为-0.05～-0.5mpa之间,既能保证衬底20安装又防止碎片。
69.根据需要，也可直接通过人手将衬底20放置在衬底容纳腔110内，不以此为限。
70.步骤20，第一相机210对所述衬底20进行拍摄，通过处理计算出需要测厚的位置，
第二相机220对所述衬底20进行拍摄，通过处理计算并画出所述衬底20的缺陷及气泡的位置；
71.具体的，通过环形灯260打光将金刚石片表面进行均匀打光，通过第一相机210进行图像的拍摄，后将拍摄的图像进行处理，把衬底20的外围进行特征点的识别，后进行特征点的绘制，后对金刚石片的角点以及中心进行识别，再通过转换将金刚石片的中心与衬底外围的距离计算出来并标识，接着将根据识别出来的角点以及中心计算出所需厚度测量的具体位置。
72.通过环形灯260的打光对金刚石片的缺陷以及气泡进行凸显，第二相机220进行拍摄，将图片通过处理后，对金刚石片底部的缺陷及气泡大小进行计算。
73.步骤30，位移传动机构根据计算出的测厚位置，带动第一激光位移传感器310和第二激光位移传感器320移动至相应的位置，以对衬底20进行定位测量，进而得到多片金刚石片处的厚度信息；
74.步骤40，总体分析衬底20上金刚石片的位置、缺陷、气泡及厚度，并判断该衬底20的合格性；
75.步骤50，将衬底20从衬底容纳腔110内取出，以进行下一步动作。
76.当判断为合格时，将会标记该金刚石衬底为合格并在显示屏500进行显示；当判断为不合格时，会标记该衬底20为不合格并在显示屏500进行显示。
77.本发明设计的装置简单、操作方便，可以帮助我们解决多片金刚石衬底20贴片后的自动化检测并且具有很高的精度以及可重复性，可以极大程度上降低了人工以及学习成本；且，在半导体超精密加工的准备阶段有很高的使用价值。
78.以上所述，仅为本发明较佳实施例而已，故不能依此限定本发明实施的范围，即依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖的范围内。
技术特征：1.基于图像识别的多片金刚石衬底检测装置，其特征在于：它包括：衬底固定机构，其包括衬底固定架，该衬底固定架设有上下贯穿的衬底容纳腔，该衬底容纳腔用于放置贴有多片金刚石片的衬底；图像检测机构，其包括第一相机和第二相机，所述第一相机和第二相机分别位于衬底容纳腔的正上方和正下方，所述第一相机对所述衬底进行拍摄以确定需要测厚的位置，所述第二相机对所述衬底进行拍摄以识别所述衬底的缺陷及气泡；厚度检测机构，其包括位移传动机构、第一激光位移传感器和第二激光位移传感器，所述第一激光位移传感器和第二激光位移传感器均安装在位移传动机构上且分别位于衬底容纳腔的上方和下方，该位移传动机构可带动第一激光位移传感器和第二激光位移传感器同步移动，以对衬底容纳腔内的衬底进行定位测量，进而得到多片金刚石片处的厚度信息。2.根据权利要求1所述的基于图像识别的多片金刚石衬底检测装置，其特征在于：所述衬底容纳腔之腔壁设有一台阶面，所述衬底四周置于该台阶面上。3.根据权利要求2所述的基于图像识别的多片金刚石衬底检测装置，其特征在于：所述衬底固定机构还包括调节板，该调节板四周可置于所述台阶面上，且该调节板设有上下贯穿的衬底容纳分腔。4.根据权利要求1所述的基于图像识别的多片金刚石衬底检测装置，其特征在于：所述图像检测机构还包括环形灯，所述环形灯位于衬底容置腔上方且与衬底容置腔同心布置，该环形灯的出光面朝向衬底容置腔。5.根据权利要求4所述的基于图像识别的多片金刚石衬底检测装置，其特征在于：所述图像检测机构还包括相机支杆、第一横架和第二横架，所述第一横架和第二横架均固接在相机支杆上且二者上下间隔布置，所述第一相机和第二相机分别固接在第一横架和第二横架上。6.根据权利要求1所述的基于图像识别的多片金刚石衬底检测装置，其特征在于：所述位移传动机构包括第一导轨、第一导轨架、第一驱动电机、第二导轨、第二导轨架和第二驱动电机，所述第一导轨向前后方向延伸，所述第一导轨架滑动装接在第一导轨上且与第一驱动电机相传动连接；所述第二导轨固接在第一导轨架上且其向左右方向延伸，所述第二导轨架滑动装接在第二导轨上且与第二驱动电机传动连接，所述第一激光位移传感器和第二激光位移传感器均安装在第二导轨架上。7.根据权利要求1所述的基于图像识别的多片金刚石衬底检测装置，其特征在于：还包括衬底装卸机构，该衬底装卸机构包括旋转电缸、摆臂、顶出气缸、顶出座、环形橡胶垫和可通入负压的快速连接阀，所述摆臂连接在旋转电缸上且可水平转动，所述顶出气缸安装在摆臂上，所述顶出座连接顶出气缸且，该顶出座可上下移动并能向上伸出衬底容置腔，所述环形橡胶垫固接在顶出座上且二者之间围成负压腔，所述快速连接阀安装在顶出座上且与负压腔相连通。8.根据权利要求1所述的基于图像识别的多片金刚石衬底检测装置，其特征在于：还包括显示屏，该显示屏与图像检测机构、厚度检测机构均相连接。9.基于图像识别的多片金刚石衬底检测装置的检测方法，其应用权利要求1至8中任意一项所述的基于图像识别的多片金刚石衬底检测装置，其特征在于，包括：步骤10，将贴有多片金刚石片的衬底放置在衬底容纳腔内；
步骤20，第一相机对所述衬底进行拍摄，通过处理计算出需要测厚的位置，第二相机对所述衬底进行拍摄，通过处理计算并画出所述衬底的缺陷及气泡的位置；步骤30，位移传动机构根据计算出的测厚位置，带动第一激光位移传感器和第二激光位移传感器移动至相应的位置，以对衬底进行定位测量，进而得到多片金刚石片处的厚度信息；步骤40，总体分析衬底上金刚石片的位置、缺陷、气泡及厚度，并判断该衬底的合格性；步骤50，将衬底从衬底容纳腔内取出，以进行下一步动作。10.根据权利要求9所述的基于图像识别的多片金刚石衬底检测装置的检测方法，其特征在于：该检测装置还包括衬底装卸机构，该衬底装卸机构包括旋转电缸、摆臂、顶出气缸、顶出座、环形橡胶垫和可通入负压的快速连接阀，所述摆臂连接在旋转电缸上且可水平转动，所述顶出气缸安装在摆臂上，所述顶出座连接顶出气缸且，该顶出座可上下移动并能向上伸出衬底容置腔，所述环形橡胶垫固接在顶出座上且二者之间围成负压腔，所述快速连接阀安装在顶出座上且与负压腔相连通；在步骤10中，通过机械臂将衬底放置在环形橡胶垫上，并通过快速连接阀对负压腔通入负压以使衬底牢固吸附在环形橡胶垫上；再通过顶出气缸带动顶出座沿着衬底容纳腔向下移动，当衬底快接触到衬底容纳腔内壁时，停止供给负压，此时衬底稳稳置于衬底容纳腔内。
技术总结本发明公开了基于图像识别的多片金刚石衬底检测装置及检测方法，衬底容纳腔用于放置贴有多片金刚石片的衬底；第一相机和第二相机分别位于衬底容纳腔的正上方和正下方，第一相机对所述衬底进行拍摄以确定需要测厚的位置，第二相机对所述衬底进行拍摄以识别所述衬底的缺陷及气泡；第一激光位移传感器和第二激光位移传感器均安装在位移传动机构上且分别位于衬底容纳腔的上方和下方，位移传动机构可带动第一激光位移传感器和第二激光位移传感器同步移动，以对衬底容纳腔内的衬底进行定位测量，进而得到多片金刚石片处的厚度信息。本装置操作方便，实现多片金刚石衬底贴片后的自动化检测并且具有很高的精度以及可重复性，极大降低人工以及学习成本。降低人工以及学习成本。降低人工以及学习成本。
技术研发人员：陆静 辛永康 李晨 王嘉炜 罗求发 柯聪明
受保护的技术使用者：华侨大学
技术研发日：2022.07.07
技术公布日：2022/11/1
