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全自動光學(xué)測厚儀的制作方法

文檔序號:5932792閱讀:278來源:國知局
專利名稱:全自動光學(xué)測厚儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
本實用新型涉及一種光學(xué)測厚儀,尤其涉及一種測量準(zhǔn)確、數(shù)據(jù)精確的全自動光學(xué)測厚儀。
背景技術(shù)
光學(xué)測厚儀是利用光學(xué)監(jiān)控技術(shù)對物件厚度進行檢測的儀器,其前端裝置為模擬信號采集裝置,其作用是將物件的厚度變化轉(zhuǎn)換為光學(xué)領(lǐng)域的反射/透射率(即反射率或透射率)的變化,通過后端的數(shù)據(jù)處理后檢測出物件的厚度值。以光學(xué)零件真空鍍膜系統(tǒng)為例,對膜層厚度的監(jiān)控主要分為兩種,第一種是石英晶體監(jiān)控技術(shù),第二種是光學(xué)監(jiān)控技術(shù)。其中,石英晶體監(jiān)控技術(shù)的成本較高,所以最普遍的監(jiān)控方法還是光學(xué)監(jiān)控。光學(xué)監(jiān)控主要采用的方法是極值法,簡言之,當(dāng)膜層厚度變化時,其反射率或透射率也會隨之發(fā)生變化,反射率或透射率出現(xiàn)極大值或極小值時,就意味著光學(xué)厚度達到監(jiān)控波長1/4的整倍數(shù)。目前,市面上的光學(xué)測厚儀在實際操作時,是根據(jù)測量儀器指針的偏轉(zhuǎn)來判斷相應(yīng)的極值點,極值點出現(xiàn)后人工關(guān)閉蒸發(fā)源擋板,蒸鍍停止。因此傳統(tǒng)的光學(xué)測厚儀,對極值點進行捕獲的整個控制過程都由人眼觀察和手工操作,所以必須要求操作者工作時精神高度集中,這樣,不可避免地就會引入人為主觀性和經(jīng)驗性因素的影響;而且由于在極值點附近,反射光強度信號對薄膜厚度變化率會降低,操作者想要及時準(zhǔn)確地判斷極值點就更加的困難。由于一個光學(xué)元件的鍍膜層數(shù)往往有數(shù)層到數(shù)十層之多,如太過依賴操作人員的主觀判別,那么稍不留意就可能出現(xiàn)廢品。綜上,現(xiàn)有光學(xué)測厚儀不僅極大地增加了鍍膜操作人員的工作強度,而且很難保證測量的準(zhǔn)確性和精確性,從而很難保證鍍膜等工藝的質(zhì)量。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的就在于為了解決上述問題而提供一種測量準(zhǔn)確的全自動光學(xué)測厚儀。為了達到上述目的,本實用新型采用了以下技術(shù)方案本實用新型包括模擬信號采集裝置、模擬信號預(yù)處理電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、中央處理器和顯示器,所述模擬信號采集裝置的信號輸出端與所述模擬信號預(yù)處理電路的信號輸入端連接,所述模擬信號預(yù)處理電路的信號輸出端與所述A/D轉(zhuǎn)換電路的信號輸入端連接,所述A/D轉(zhuǎn)換電路的信號輸出端與所述中央處理器的折射/透射率數(shù)據(jù)信號輸入端連接,所述中央處理器的視頻信號輸出端與所述顯示器的信號輸入端連接。模擬信號采集裝置將物件的厚度變化轉(zhuǎn)換為光學(xué)領(lǐng)域的反射/透射率的變化,并將此模擬信號傳輸給模擬信號預(yù)處理電路進行放大、濾波等預(yù)處理,然后輸出準(zhǔn)確且被放大的模擬信號,該模擬信號經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換電路能夠模/數(shù)轉(zhuǎn)換后得到數(shù)字信號即折射/透射率數(shù)據(jù)信號,折射/透射率數(shù)據(jù)信號經(jīng)過中央處理器的運算、對比、判斷等處理后得到最終的折射/透射率值、折射/透射率趨勢線以及極值數(shù)量,這些信息通過顯示器顯示出來,讓工作人員一目了然。具體地,所述模擬信號預(yù)處理電路包括主信號放大電路、主帶通濾波電路、參考信號放大電路、參考帶通濾波電路、相位調(diào)節(jié)電路、同向檢波電路、總濾波電路和直流放大電路;所述主信號放大電路的輸入端與所述模擬信號采集裝置的模擬主信號輸出端連接,所述主信號放大電路的輸出端與所述主帶通濾波電路的信號輸入端連接,所述參考信號放大電路的輸入端與所述模擬信號采集裝置的模擬參考信號輸出端連接,所述參考信號放大電路的輸出端與所述參考帶通濾波電路的信號輸入端連接,所述參考帶通濾波電路的信號輸出端與所述相位調(diào)節(jié)電路的信號輸入端連接,所述主帶通濾波電路的信號輸出端和所述相位調(diào)節(jié)電路的信號輸出端與所述同向檢波電路的兩個信號輸入端對應(yīng)連接,所述同向檢波電路的信號輸出端與所述總濾波電路的信號輸入端連接,所述總濾波電路的信號輸出端與所述直流放大電路的信號輸入端連接,所述直流放大電路的信號輸出端與所述A/D轉(zhuǎn)換電 路的信號輸入端連接。所述顯示器為反顯IXD。傳統(tǒng)的光學(xué)測厚儀多采用LED顯示器,不但顯示的內(nèi)容不多,而且顯示內(nèi)容不精確,也不能顯示折射/透射率趨勢線。本實用新型的有益效果在于本實用新型結(jié)合了模/數(shù)轉(zhuǎn)換、數(shù)字信號在中央控制器中的運算、比較、判斷等軟處理以及LCD顯示,測量準(zhǔn)確、數(shù)據(jù)精確,結(jié)果穩(wěn)定、可靠,效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)人工判斷極值的方式。

圖I是本實用新型全自動光學(xué)測厚儀的結(jié)構(gòu)框圖;圖2是本實用新型全自動光學(xué)測厚儀的模擬信號預(yù)處理電路的結(jié)構(gòu)框圖;圖3是本實用新型全自動光學(xué)測厚儀的折射/透射率數(shù)據(jù)處理方法的流程圖;圖4是本實用新型全自動光學(xué)測厚儀的反顯LCD面板內(nèi)容示意圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型作進一步具體描述如圖I所示,本實用新型包括模擬信號采集裝置、模擬信號預(yù)處理電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、中央處理器和反顯LCD,模擬信號采集裝置的信號輸出端與模擬信號預(yù)處理電路的信號輸入端連接,模擬信號預(yù)處理電路的信號輸出端與A/D轉(zhuǎn)換電路的信號輸入端連接,A/D轉(zhuǎn)換電路的信號輸出端與中央處理器的折射/透射率數(shù)據(jù)信號輸入端連接,中央處理器的視頻信號輸出端與反顯LCD的信號輸入端連接。如圖2所示,模擬信號預(yù)處理電路包括主信號放大電路、主帶通濾波電路、參考信號放大電路、參考帶通濾波電路、相位調(diào)節(jié)電路、同向檢波電路、總濾波電路和直流放大電路;主信號放大電路的輸入端與模擬信號采集裝置的模擬主信號輸出端連接,主信號放大電路的輸出端與主帶通濾波電路的信號輸入端連接,參考信號放大電路的輸入端與模擬信號采集裝置的模擬參考信號輸出端連接,參考信號放大電路的輸出端與參考帶通濾波電路的信號輸入端連接,參考帶通濾波電路的信號輸出端與相位調(diào)節(jié)電路的信號輸入端連接,主帶通濾波電路的信號輸出端和相位調(diào)節(jié)電路的信號輸出端與同向檢波電路的兩個信號輸入端對應(yīng)連接,同向檢波電路的信號輸出端與總濾波電路的信號輸入端連接,總濾波電路的信號輸出端與直流放大電路的信號輸入端連接,直流放大電路的信號輸出端與A/D轉(zhuǎn)換電路的信號輸入端連接。如圖I和圖2所示,模擬信號采集裝置將物件(如鍍膜)的厚度變化轉(zhuǎn)換為光學(xué)領(lǐng)域的反射/透射率的變化,并將此模擬信號傳輸給模擬信號預(yù)處理電路進行放大、濾波、合并、再濾波和再放大等預(yù)處理,然后輸出準(zhǔn)確且被放大的模擬信號,該模擬信號經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換電路能夠模/數(shù)轉(zhuǎn)換后得到數(shù)字信號即折射/透射率數(shù)據(jù)信號,折射/透射率數(shù)據(jù)信號經(jīng)過中央處理器的運算、對比、判斷等處理后得到最終的折射/透射率值、折射/透射率趨勢線以及極值數(shù)量,這些信息通過顯示器顯示出來,讓工作人員一目了然。如圖3所示,本實用新型全自動光學(xué)測厚儀的折射/透射率數(shù)據(jù)處理方法,包括以下步驟 (I)輸入包含一位小數(shù)位的折射/透射率T (R) %數(shù)據(jù),該折射/透射率T (R) %數(shù)據(jù)來源于A/D轉(zhuǎn)換電路的輸出端;(2)中值濾波,獲得有效折射/透射率T (R) % ;(3)提取有效折射/透射率T (R) %的小數(shù)位;(4)設(shè)置兩個臨域,判斷小數(shù)位是否臨域間的變化;如果不是,則進入步驟⑶,如果是,則進行去掉小數(shù)位處理,然后則進入下一步驟;(5)判斷是否出現(xiàn)極值,如果沒出現(xiàn),則進入步驟(8),如果出現(xiàn),則進入下一步驟;(6)顯示折射/透射率T(R) %值、折射/透射率T(R) %趨勢線,更新并顯示極值數(shù)量;(7)返回第⑵步驟,循環(huán)執(zhí)行; (8)顯示折射/透射率T (R) %值、折射/透射率T (R) %趨勢線,不更新只顯示極值
數(shù)量;(9)返回第⑵步驟,循環(huán)執(zhí)行。所述第(2)步驟中,所述中值濾波的方法為先將200個折射/透射率T(R) %數(shù)據(jù)按照由大到小的順序排列,然后取第100個折射/透射率T(R) %數(shù)據(jù)為效折射/透射率T (R) % o所述第(4)步驟中,所述兩個臨域分別為第一臨域(1、2、3)和第二臨域(6、7、8);所述進行去掉小數(shù)位處理的方法為若小數(shù)位從第一臨域變化為第二臨域,則去掉小數(shù)位并將個位數(shù)加I,若小數(shù)位從第二臨域變化為第一臨域,則去掉小數(shù)位并保持個位數(shù)減I。所述第(5)步驟中,所述判斷是否出現(xiàn)極值的方法為如果下一位折射/透射率T(R) %的變化與上一位折射/透射率T(R) %的變化趨勢相同,則判斷為沒有出現(xiàn)極值;如果下一位折射/透射率T(R) %的變化與以前的變化趨勢不同,則按以下方法判斷出現(xiàn)極值若由下降轉(zhuǎn)為上升,則判斷上一位折射/透射率T(R) %為極小值,若由上升轉(zhuǎn)為下降,則判斷上一位折射/透射率T(R) %為極大值。如圖4所示,圖中左側(cè)上方內(nèi)容為實時折射/透射率T(R) %值,圖中顯示的是當(dāng)前狀態(tài)下的T(R) %為111. 4,圖中左邊下方內(nèi)容為極值數(shù)量,圖中顯示的是到目前為止總共出現(xiàn)了一個極大值和一個極小值。圖中右側(cè)顯示的是折射/透射率T(R) %趨勢線5,它反應(yīng)了折射/透射率T (R) %的變化趨勢,讓人一目了然。如圖4所示,由于借鑒了數(shù)字圖像處理中消除噪聲的思想,采用軟件濾波輔助硬 件濾波的方法,本實用新型測量的折射/透射率T(R) %的數(shù)據(jù)相當(dāng)穩(wěn)定。同時由圖中右側(cè)部分可知,本實用新型能準(zhǔn)確地監(jiān)測出區(qū)域2出現(xiàn)的極大值和區(qū)域3出現(xiàn)的極小值,而對于區(qū)域I和區(qū)域4的小幅抖動帶所來的干擾,則通過小數(shù)位臨域處理法得以避免,從而避免了極值的誤判。
權(quán)利要求1.一種全自動光學(xué)測厚儀,其特征在于包括模擬信號采集裝置、模擬信號預(yù)處理電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、中央處理器和顯示器,所述模擬信號采集裝置的信號輸出端與所述模擬信號預(yù)處理電路的信號輸入端連接,所述模擬信號預(yù)處理電路的信號輸出端與所述A/D轉(zhuǎn)換電路的信號輸入端連接,所述A/D轉(zhuǎn)換電路的信號輸出端與所述中央處理器的折射/透射率數(shù)據(jù)信號輸入端連接,所述中央處理器的視頻信號輸出端與所述顯示器的信號輸入端連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I 所述的全自動光學(xué)測厚儀,其特征在于所述模擬信號預(yù)處理電路包括主信號放大電路、主帶通濾波電路、參考信號放大電路、參考帶通濾波電路、相位調(diào)節(jié)電路、同向檢波電路、總濾波電路和直流放大電路;所述主信號放大電路的輸入端與所述模擬信號采集裝置的模擬主信號輸出端連接,所述主信號放大電路的輸出端與所述主帶通濾波電路的信號輸入端連接,所述參考信號放大電路的輸入端與所述模擬信號采集裝置的模擬參考信號輸出端連接,所述參考信號放大電路的輸出端與所述參考帶通濾波電路的信號輸入端連接,所述參考帶通濾波電路的信號輸出端與所述相位調(diào)節(jié)電路的信號輸入端連接,所述主帶通濾波電路的信號輸出端和所述相位調(diào)節(jié)電路的信號輸出端與所述同向檢波電路的兩個信號輸入端對應(yīng)連接,所述同向檢波電路的信號輸出端與所述總濾波電路的信號輸入端連接,所述總濾波電路的信號輸出端與所述直流放大電路的信號輸入端連接,所述直流放大電路的信號輸出端與所述A/D轉(zhuǎn)換電路的信號輸入端連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的全自動光學(xué)測厚儀,其特征在于所述顯示器為反顯LCD。
專利摘要本實用新型公開了一種全自動光學(xué)測厚儀,包括模擬信號采集裝置、模擬信號預(yù)處理電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、中央處理器和顯示器,所述模擬信號采集裝置的信號輸出端與所述模擬信號預(yù)處理電路的信號輸入端連接,所述模擬信號預(yù)處理電路的信號輸出端與所述A/D轉(zhuǎn)換電路的信號輸入端連接,所述A/D轉(zhuǎn)換電路的信號輸出端與所述中央處理器的折射/透射率數(shù)據(jù)信號輸入端連接,所述中央處理器的視頻信號輸出端與所述顯示器的信號輸入端連接。本實用新型結(jié)合了模/數(shù)轉(zhuǎn)換、數(shù)字信號在中央控制器中的運算、比較、判斷等軟處理以及LCD顯示,測量準(zhǔn)確、數(shù)據(jù)精確,結(jié)果穩(wěn)定、可靠,效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)人工判斷極值的方式。
文檔編號G01B11/06GK202403671SQ201120503590
公開日2012年8月29日 申請日期2011年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月6日
發(fā)明者嚴(yán)家榮, 唐成, 張蜀曉, 張鵬, 許鏡明, 陳啟祿 申請人:成都中科唯實儀器有限責(zé)任公司
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