石英晶片自动分选机的研究与开发

摘要

长期以来,我国的石英晶片分选主要依靠人工进行分选,存在分选速度慢、误差高等诸多弊端;但近年来随着市场上对石英晶片的大量需求,石英晶片自动分选设备逐步的被广泛采用,特别是全自动的石英晶片分选设备的使用。石英晶片自动分选系统是先进的测控技术、现代微电子技术和计算机应用技术结合的产物,极大的丰富了石英晶片测量与分选系统的内容和技术含量,使得系统具有稳定性好、测量精度高、分选速度快、晶片重复性好等的优点。但是自动设备的使用并没有带来效益的显著提高,主要是因为石英晶片全自动分选机主要依靠国外进口,价格昂贵,维护费用高,操作不方便。而国内生产的石英晶片分选设备,又存在精度差,返修率高的问题。本项目应济源市水晶厂的要求,在原有半自动石英晶片分选机的基础上,借鉴国外全自动石英晶片分选机的先进技术对石英晶片自动分选机进行了研制。研制的石英晶片自动分选机是以X射线为手段,依据布拉格方程,对晶体进行测量、分选与一体的新型石英晶片测量与分选的自动控制系统。石英晶片自动分选机是在原有的半自动X射线角分类机的基础上,针对晶体的角度分类问题,采用单片机构成的数据采集器、PLC控制系统和上位计算机系统来实现微弱信号的检测、数据处理和各部分执行机构的全自动化操作,从而消除了人为因数带来的测量误差,提高了测量精度,同时也使工作效率得到了较大的提高。本文主要设计并开发了石英晶片自动分选系统中的数据采集和PLC控制子系统、气动控制子系统,并对石英晶体的测量提出了角度分选法。最后实现整个系统的各部分之间的通信及人机交互界面。最后,用理论结合实验数据的方法对系统进行了精度的分析。

目录

摘要

ABSTRACT

1 绪论

1.1 石英晶片分选机的产生与应用

1.2 国内外发展现状

1.3 课题的来源

1.4 研制石英晶片自动分选机的意义

1.5 现有石英晶片分选机的优缺点

1.6 研究内容

1.7 本文工作

2 石英晶片自动分选机系统原理分析

2.1 X 射线源介绍

2.1.1 X 射线的名称及其性质

2.1.2 X 射线的产生

2.1.3 X 射线谱

2.1.4 X 射线在点阵平面上的反射

2.2 X 射线测角原理分析

2.2.1 传统 X 射线测角原理

2.2.2 石英晶片自动分选机的 X 射线测角原理

2.3 分选原理分析

3 石英晶片自动分选机测控系统的整体设计

3.1 石英晶片自动分选机测控系统的任务

3.2 石英晶片自动分选机测控系统的基本功能

3.3 石英晶片自动分选机测控系统的总体设计

3.4 石英晶片自动分选机测控系统的开发环境

3.4.1 数据采集器开发环境

3.4.2 PLC 开发环境

3.4.3 上位机开发环境

4 石英晶片自动分选机测控系统的实现

4.1 数据采集系统

4.1.1 光电编码器及其接口电路

4.1.2 存储器及其接口电路

4.1.3 数据采集器与 PC 机并行通信接口电路

4.1.4 A/D 及其接口电路

4.1.5 对模拟信号处理

4.1.6 采样数据的处理

4.2 步进电机

4.2.1 步进电机介绍

4.2.2 步进电动机的选用

4.2.3 步进电机驱动器及其接口电路

4.3 真空、气动控制系统

4.3.1 真空、气动控制系统的基本工作要求

4.3.2 真空、气动控制系统的总体设计方案

4.3.3 气源系统的组成

4.3.4 气动控制元件

4.3.5 气动执行元件

4.3.6 气动系统附件

4.4 PLC 控制系统

4.4.1 PLC 简介

4.4.2 工艺过程及控制要求

4.4.3 PLC 控制系统的选型

4.4.4 PLC 控制系统的程序设计

4.4.5 PLC 的通信

5 石英晶片自动分选机的调试和实验数据分析

5.1 老化 X 射线管的操作

5.2 自动上片机构的调整

5.3 暂停

5.4 开机初始化

5.5 关机操作

5.6 样机测试和数据分析

6 结束语

6.1 本文的成果

6.2 石英晶片自动分选机的展望

致谢

参考文献