CN101071112A - 硅单晶锭x射线定向仪 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及硅单晶锭X射线定向仪，包括工作台、测角仪、X射线管、样品测量台、自动控制面板及单片机。特点是样品测量台设有硅锭滚动装置、硅锭测量定位装置和硅锭自转自动测量装置。硅锭由测量定位装置的定位板压紧硅锭“OF”面在滚动装置的一对滚杠上定位，在硅锭自转自动测量装置采用轴编码器解决了硅锭自转旋转测量精度的问题。通过旋转硅锭0°、90°、180°、270°四个方向实现四方位测量，也可完成0°、90°二方位测量。通过单片机自动计算出相应的硅锭加工时旋转角和摆动角。优点是实现了硅单晶锭方位自动测量，使人们从过去手工计算复杂的劳动中解脱出来，提高了生产率。
Description
(一)技术领域
本发明涉及应用X射线衍射原理用于单晶材料的X射线定向仪，特别是涉及硅单晶锭X射线定向仪。
(二)背景技术
硅单晶锭加工线切割时要有与多线切割机相配套的硅单晶锭X射线定向仪，用来进行硅单晶锭的定向，并提供产品要求的切割方位角。传统的X射线定向仪，其测角仪的样品测量台的台面狭小，局限了各种规格晶锭应用范围，使之无法测试体积较大的晶锭，对于圆柱晶锭在样品台上很难定向；样品台不能使晶锭自身转动，因此不能连续完成四方位(0°、90°、180°、270°)和二方位(0°、90°)测量，测量结果需手工复杂的计算，测量效率低、精度差，满足不了生产日益增长的需要。
(三)发明内容
本发明要解决的技术问题，是提供一种能够测量不同直径和长度、初始位置定位准确，可直接测定硅单晶锭自身旋转角度，进行四方位和二方位测量、自动化程度高、使用方便、测试精度高的硅单晶锭X射线定位仪。
采用的技术方案是：
硅单晶锭X射线定向仪，包括工作台、测角仪、X射线管、样品测量台、计数管、自动控制面板、单片机。工作台中间部位设有X射线管，样品测量台为两个，分别设在工作台左侧和右侧，位于X射线管两侧，左右样品测量台通过各自测角仪主轴分别连接固设在工作台左右侧的测角仪的传动蜗轮上。于左右样品测量台的外侧各设置有计数管，计数管通过支架分别连接在左右测角仪上，两个自动控制面板分别通过立柱与工作台连接。所述的样品测量台设有硅锭滚动装置、硅锭测量定位装置和硅锭自转自动测量装置。硅锭滚动装置，包括一对滚杠、蜗轮、蜗杆和手轮。一对滚杠以设定的距离通过两端轴承固定支撑在样品测量台上，其中一个滚杠前端与蜗轮固定连接，蜗轮与蜗杆啮合，蜗杆的轴端与手轮固定连接，构成硅锭滚动装置。硅锭测量定位装置，包括导柱、横梁、定位板和手轮。横梁两端各连接导柱，通过导柱与样品测量台连接，定位板两端套装在横梁两端导柱上，可在导柱上滑动，横梁中间设有手轮，手轮通过丝杠与定位板连接，构成硅锭测量定位装置。硅锭自转自动测量装置，包括联接块、联轴节、硅锭自转编码器、编码器托板、编码器支板和导轨。联接块与所测量的硅锭端面摩擦连接，联接块中心设有联接轴，其联接轴通过联轴节与硅锭自转编码器输入轴连接，硅锭自转编码器连接在编码器托板上，编码器托板通过螺钉紧固在编码器支板上，编码器支板通过螺钉紧固在导轨的滑块上，导轨通过螺钉紧固在样品测量台上，构成硅锭自转自动测量装置。所述的单片机配置的硬件，包括键盘、液晶显示器、微型打印机、测角仪编码器。测角仪编码器输入端连接测角仪的主轴上，测角仪编码器输出端、键盘、液晶显示器、微型打印机通过主电路板上的测角仪编码器接口电路、键盘接口电路、液晶显示器接口电路、微型打印机接口电路与单片机电连接。所述的工作台上的两个自动控制面板，其结构相同，布设有X射线管电流微安表及灵敏度、调零调节钮、液晶显示器、键盘、微型打印机及打印机电源开关、控制电源开关、硅锭自转编码器的数显表。
上述的硅锭自转编码器，直接连接自动控制面板上的数显表。
上述的X射线管两侧固设有狭缝座，狭缝座上设有关闭或打开射线口的光闸。
本发明取得的积极效果是：
1、样品测量台设有硅锭滚动装置，其装置的一对滚杠采用蜗轮蜗杆传动机构，硅锭放在滚杠上，其端面在X射线照射下定向，解决了圆柱硅单晶锭很难定向的难题。
2、硅锭自转自动测量装置使硅锭尾端和轴编码器耦合，细分步到0.001°，可直接测定硅锭自身的旋转角度，此套装置可根据不同硅单晶锭的直径大小调节中心高度，进行四方位(0°、90°、180°、270°)和二方位(0°、90°)测量。
3、硅锭测量定位装置能够准确对初始位置进行定位，定向精度可达±30″。
4、本仪器有一套微机控制装置，具有输入键盘、液晶显示和打印机，选择屏幕菜单，键盘导入硅单晶锭编号，所需数据，产品要求的切割偏角等，经计算、显示、打印出硅单晶锭在下道工序料板上粘结所必须的自身旋转角β及摆动角α等值。根据用户需要即能测定正晶向，也能测定偏晶向，可测不同长度和直径，<111>、<100>晶面的硅锭。
5、本仪器设计合理，可设计成上述双工位式，也可设计成单工位式，其单片机也可改用其它型号或工业控制计算机，根据用户需要可在工作台外加防护罩，测角仪手轮也可用步进电机进行自动控制，其使用方便，保证单晶加工件性能的一种光机电一体化精密仪器。
(四)附图说明
图1为自然生长硅锭示意图。
图2为本发明主体部分结构示意图。
图3为硅锭滚动装置结构示意图。
图4为硅锭测量定位装置结构示意图。
图5为硅锭自转自动测量装置结构示意图。
图6为自动控制面板各设施布置图。
图7为X射线管的狭缝座结构示意图。
图8为本发明测量原理示意图。
图9是本发明的程序流程图。
(五)具体实施方式
硅单晶锭X射线定向仪，其核心技术在于整个仪器的测量方法、机械传动设计以及单片机系统的实现。是根据自然生长的硅单晶内部晶格结构示意图如图1所示。硅单晶内部晶格的原子面(阴影部)和晶体的几何表面具有一定的角度，设原子面同X轴所成的角度为θX角；原子面同Y轴所成的角度为角θY；再根据两个角度计算出旋转角β和摆动角α。
硅单晶锭X射线定向仪，包括工作台1、测角仪2、11、X射线管12、样品测量台10、13、计数管3、9、自动控制面板4、5及单片机。工作台1中间部位设有X射线管12(见图2)，样品测量台10、13分别设在工作台1左侧和右侧，位于X射线管12两侧，左右样品测量台10、13通过各自测角仪主轴分别连接固设在工作台1左右侧的测角仪11、2的传动蜗轮上。于左右样品测量台10、13的外侧各设置有计数管9、3，计数管9、3通过支架分别连接在左右测角仪11、2，两个自动控制面板4、5分别通过各自立柱与工作台1连接。所述的样品测量台10、13均设有硅锭滚动装置8、硅锭测量定位装置6和硅锭自转自动测量装置7。硅锭滚动装置8，见图3，包括一对滚杠16、20，蜗轮18、蜗杆17和手轮19。一对滚杠16、20以设定的距离通过两端轴承固定支撑在样品测量台上，其中一个滚杠20前端与蜗轮18固定连接，蜗轮18与蜗杆17啮合，蜗杆17的轴端与手轮19固定连接。硅锭测量定位装置6，见图4，包括导柱22、横梁23、定位板21、手轮26。横梁两端各连接导柱22，通过导柱22与样品测量台连接，定位板21两端套装在横梁23两端导柱22上，可在导柱22上滑动，横梁23中间设有手轮26，手轮26通过丝杠25与定位板21连接。硅锭自转自动测量装置7，见图5，包括联接块32、联轴节31、硅锭自转编码器30、编码器托板29、编码器支板28和导轨27。联接块32与所测量的硅锭15端面摩擦连接，联接块32中心设有联接轴，其联接轴通过联轴节31与硅锭自转编码器30输入轴连接，硅锭自转编码器30连接在编码器托板29上，编码器托板29通过螺钉紧固在编码器支板28上，编码器支板28通过螺钉紧固在导轨27的滑块上，导轨27通过螺钉紧固在样品测量台上。所述的单片机配置的硬件，包括键盘33、液晶显示器34、微型打印机35、测角仪编码器42。测角仪编码器42输入端连接在测角仪2、11的主轴上，测角仪编码器42输出端、键盘33、液晶显示器34、微型打印机35通过主电路板上的测角仪编码器接口电路、键盘接口电路、液晶显示器接口电路、微型打印机接口电路与单片机电连接。所述的工作台1上的两个自动控制面板4、5，见图6，其结构相同，布设有X射线管电流微安表(μA)36及其灵敏度、调零调节钮37、38、液晶显示器34、键盘33、微型打印机35及打印机电源开关39、控制电源开关40、硅锭自转编码器30的数显表41。硅锭自转编码器30连接自动控制面板4、5上的数显表41，硅锭自转旋转角度可直接显示在数显表41上。所述的X射线管12两侧固设有狭缝座43，见图7，狭缝座43上设有关闭或打开射线口44的光闸45，所构成硅单晶锭X射线定向仪。
工作原理：将待测的硅锭15放在硅锭滚动装置8的滚杠16、20上，硅锭15所设OF面24向上，用硅锭测量定位装置6定位板21靠在OF面24上，转动横梁23上手轮26，使定位板21与OF面24紧紧贴合。调整硅锭自转自动测量装置7的硅锭自转编码器30的编码器托板29高度，使联轴块32中心对准硅锭15中心，推动编码器支板28，使联接块32紧贴在硅锭15的后端面上，分别锁紧编码器支板28与编码器托板29和导轨27紧固螺钉。旋转手轮26升起定位板21。打开电源开关，220V交流电源46经控制器47至高压变压器48产生30KV高压电，作用X射线管12发生X射线见图8，X射线从打开光闸45狭缝座43的射线口44射出，射在硅锭15照射面上，当符合布喇格定律时产生衍射，衍射线由计数管3、9接收，寻测硅锭的衍射角θX、θY值时，旋转测角仪手轮14，探测器检测到X射线强度，然后通过放大电路放大，输入到微安表36，通过观测微安表36寻找到峰值强度，此时满足布喇格定律条件，通过键盘33操作记录0°时衍射角，在此基础上可依次转动滚杠手轮19，看控制面板数显表41角度显示使硅锭分别旋转到90°、180°、270°，再分别转动测角仪手轮14寻找峰值，操作键盘33采集90°、180°、270°时衍射角，单片机进行计算得到相应的硅锭加工数据，即旋转角β及摆动角α，所述数据可打印和存储，实现硅锭四方位测量，同样也可完成0°、90°二方位测量。
Claims (3)
1、硅单晶锭X射线定向仪，包括工作台(1)、测角仪(2)、(11)、X射线管(12)、样品测量台(10)、(13)、计数管(3)、(9)、自动控制面板(4)、(5)及单片机，工作台(1)中间部位设有X射线管(12)，样品测量台(10)、(13)分别设在工作台(1)左侧和右侧，位于X射线管(12)两侧，左右样品测量台(10)、(13)通过各自测角仪(2)、(11)主轴分别连接固设在工作台(1)左右侧的测角仪(2)、(11)的传动蜗轮上，于左右样品测量台(10)、(13)的外侧各设置有计数管(3)、(9)，计数管(3)、(9)通过支架分别连接在左右测角仪(2)、(11)上，两个自动控制面板(4)、(5)分别通过立柱与工作台(1)连接，其特征在于所述的样品测量台(10)、(13)设有硅锭滚动装置(8)、硅锭测量定位装置(6)和硅锭自转自动测量装置(7)，硅锭滚动装置(8)，包括一对滚杠(16)、(20)、蜗轮(18)、蜗杆(17)和手轮(19)，一对滚杠(16)、(20)以设定的距离通过两端轴承固定支撑在样品测量台上，其中一个滚杠(20)前端与蜗轮(18)固定连接，蜗轮(18)与蜗杆(17)啮合，蜗杆(17)的轴端与手轮(19)固定连接；硅锭测量定位装置(6)，包括导柱(22)、横梁(23)、定位板(21)和手轮(26)，横梁(23)两端各连接导柱(22)，通过导柱(22)与样品测量台连接，定位板(21)两端套装在横梁(23)两端导柱(22)上，可在导柱(22)上滑动，横梁(23)中间设有手轮(26)，手轮(26)通过丝杠(25)与定位板(21)连接；硅锭自转自动测量装置(7)，包括联接块(32)、联轴节(31)、硅锭自转编码器(30)、编码器托板(29)、编码器支板(28)和导轨(27)，联接块(32)与所测量的硅锭(15)端面摩擦连接，联接块(32)中心设有联接轴，其联接轴通过联轴节(31)与硅锭自转编码器(30)输入轴连接，硅锭自转编码器(30)连接在编码器托板(29)上，编码器托板(29)通过螺钉紧固在编码器支板(28)上，编码器支板(28)通过螺钉紧固在导轨(27)的滑块上，导轨(27)通过螺钉紧固在样品测量台上；所述的单片机配置的硬件，包括键盘(33)、液晶显示器(34)、微型打印机(35)、测角仪编码器(42)，测角仪编码器(42)输入端连接测角仪(2)、(11)的主轴上，测角仪编码器(42)输出端、键盘(33)、液晶显示器(34)、微型打印机(35)分别通过主电路板上的测角仪编码器接口电路、键盘接口电路、液晶显示器接口电路、微型打印机接口电路与单片机电连接；所述的工作台(1)上的两个自动控制面板(4)、(5)，其结构相同，布设有X射线管电流微安表(36)及灵敏度、调零调节钮(37)、(38)、液晶显示器(34)、键盘(33)、微型打印机(35)及打印机电源开关(39)、控制电源开关(40)、硅锭自转编码器(30)的数显表(41)。
2、根据权利要求1所述的硅单晶锭X射线定向仪，其特征在于所述的硅锭自转编码器(30)直接连接自动控制面板上的数显表(41)。
3、根据权利要求1所述的硅单晶锭X射线定向仪，其特征在于所述的X射线管(12)两侧固设有狭缝座(43)，狭缝座(43)上设有关闭或打开射线口(44)的光闸(45)。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| ASS | Succession or assignment of patent right |
Free format text: FORMER OWNER: GUAN SHOUPING ZHEN WEI Effective date: 20120705 Owner name: DANDONG NEW DONGFANG CRYSTAL INSTRUMENT CO., LTD. Free format text: FORMER OWNER: ZHAO JIU Effective date: 20120705 |
|
| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| COR | Change of bibliographic data |
Free format text: CORRECT: ADDRESS; FROM: 118002 NO.141, RENMIN STREET, DANDONG CITY, LIAONING PROVINCE TO: 118002 NO.42, TAOYUAN STREET, ZHENXING DISTRICT, DANDONG CITY, LIAONING PROVINCE |
|
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20120705 Address after: 118002 No. 42, Taoyuan street, Zhenxing District, Liaoning, Dandong Patentee after: Dandong New Dongfang Crystal Instrument Co.,Ltd. Address before: 118002 No. 141 Renmin Street, Liaoning, Dandong Co-patentee before: Guan Shouping Patentee before: Zhao Jiu Co-patentee before: Zhen Wei |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20100721 Termination date: 20150511 |
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| EXPY | Termination of patent right or utility model |