全自动石英晶片分类机回转台动态倾角测试系统的研制

摘要

石英晶片已被广泛的应用于电子技术的各个方面，例如凡是用到微处理器的电子元件，都需要采用晶体谐振器作为时钟振荡源来保持系统的频率稳定，而要保证晶体器件的频率稳定度，则必须要求石英晶片的切角非常准确，因此石英晶片切角的测量就显得非常重要。传统的石英晶片切角测量仪器——X射线定向仪，不能测量不能确定其X轴方向的圆形晶片。目前只有德国EFG公司推出的全自动X射线石英晶片角分类机可以测量任意形状的石英晶片切角，该分类机的核心部件是一个不但能够长期稳定工作，而且台面倾角要求控制在秒级以上的高精密回转台。要达到如此高的测量精度，仅仅依靠提高回转台的机械精度并不现实，同时也会大大地提高回转台的成本。为了满足高精度回转台的动态精度要求，其最有效的方法就是动态测量出回转台的瞬时倾角误差，并对回转台的动态精度进行补偿。而采用接触式测量方法，则会在系统工作时对工作过程产生干扰，并且存在划伤回转台表面的可能。本课题就是要配合研制国产全自动X射线石英晶片角分类机的需要，研制一套基于激光和CCD技术的非接触式回转台动态倾角测试系统，从而在对石英晶片切角测量时进行必要补偿，以达到准确测量出石英晶片切角的目的。 CCD(电荷耦合器件)是一种高精度的图像传感器，它在图像信息的摄取、记录方面独具特色，同时又有体积小、功耗小、分辨率高、灵敏度高等优点，因此在高精度测量领域得到广泛应用。利用激光和CCD技术的角度测量技术是计量与现代测试领域中的重要方法，其具有非接触、高灵敏度、高准确性、高效率等特点，是当前最先进的测试技术之一。 本论文主要包括三个方面：测量系统总体方案的设计、数据采集和处理、精密回转台的改进。测量系统总体方案的设计部分，主要通过对面阵CCD和线阵CCD的特性分析以及在激光在非接触测量领域的应用特点，提出了采用激光与线阵CCD有机结合的回转台二维误差的测量方案，并根据在石英分类机上的实际位置完成了该系统的设计、制作与安装；在数据采集与处理系统中，设计了基于线阵CCD的信号采集硬件系统，包括CCD信号的二值化处理、频率测量、D/A输出以及采用LCD液晶显示屏实时、动态的显示回转台倾角变化过程，并设计了相应的软件；在对石英分类机回转台的改进部分主要针对原设计中回转台力矩电机驱动能力不足进行了相应的改进，以保证精密回转台能够长期、稳定工作。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1课题的提出

1.2课题研究领域的发展和现状

1.3课题的主要工作内容

第二章测试系统总体方案的设计及检测光源、传感器的选取

2.1测量方案的提出

2.2检测光源的选择

2.3 CCD的选取

2.3.1 CCD的特点及原理

2.3.2 CCD的选择

2.3.3 TCD1209D型CCD介绍

2.3.4 TCD1209D驱动器

第三章测试系统的光路设计

3.1光路设计及光学器件的选取

3.2光学系统的机械结构设计及安装调试

第四章信号处理及数据采集系统

4.1 CCD输出信号的二值化处理

4.1.1 CCD输出信号的特点

4.1.2 CCD输出信号二值化处理电路

4.2 CCD在采用激光光源条件下的应用实验

4.3二值化数据采集与计算机接口

4.4数据采集及输出的硬件系统

4.4.1数据采集电路设计

4.4.2数据输出电路设计

4.5系统软件设计

第五章单片机与LCD的接口电路设计

5.1 LCD的结构特点

5.2液晶显示模块控制器T6963C的介绍

5.2.1 T6963C的特点

5.2.2液晶显示指令

5.3单片机与LCD的接口设计

5.4液晶显示程序设计

第六章全自动石英晶片分类机回转台的改进

6.1精密转台机械结构介绍

6.2原设计中的不足

6.3采取措施

6.3.1重新选取密封圈

6.3.2选取大转矩电机

第七章测试系统测量精度分析

7.1影响测量精度因素

7.2提高系统测量精度的方法

7.2.1因子补偿法消除CCD探测器的光电响应不均匀性

7.2.2因子补偿法消除CCD探测器的光电响应非线性

7.2.3利用小波变换理论确定CCD输出信号的阈值

第八章结论和展望

8.1结论

8.2展望

参考文献

致谢