CN105021130A - 一种石英晶片尺寸的测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种石英晶片尺寸的测量方法，属于石英晶片测量技术领域。它解决了现有技术中石英晶片测量精度差的问题。石英晶片尺寸的测量涉及以下测量装置：光源、起偏器、检偏器、相机和处理器，本测量方法包括以下步骤：步骤一、调整测量装置的位置并摆放样品；步骤二，调整起偏器、检偏器以及石英晶片与起偏器、检偏器之间的角度；步骤三、拍摄图像并发送给处理器；步骤四，计算石英晶片的尺寸。该石英晶片尺寸的测量方法测量过程简单，操作方便且能够显著提高石英晶片尺寸测量的精度。

Description

一种石英晶片尺寸的测量方法

技术领域

本发明涉及的是石英晶片测量技术领域，特别涉及一种石英晶片尺寸的测量方法。

背景技术

石英晶片在电子设备中获得广泛应用，是目前世界上用量最大的晶体材料。其产品主要有石英晶体谐振器、石英晶体振荡器，具有良好的频率稳定性，主要应用于通讯、电脑、导航、航空航天、家用电器等领域。在石英晶片生产加工过程中，要经过切割、研磨等工艺过程，难免其中一部分石英晶片会产生一些外观缺陷，这些缺陷严重影响了石英晶片的性能，所以有必要对生产出来的石英晶片进行分选，将外观质量出现问题的石英晶片从中分离出来。目前生产过程中主要是依靠人工，通过目视方法检测石英晶片存在的外观缺陷，这样的检测方法准确性和效率都比较低。

目前市场上对石英晶片的外观方面的检测主要是针对石英晶片的厚度进行检测。如中国专利文献：石英晶片厚度分选机及分选方法(申请号：201310039578.3)，其公开了一种石英晶片厚度分选装置和分选方法。其中，该分选装置包括上料模块、取料模块、厚度测量模块、分选模块；取料模块包括取料电机，取料电机的输出端连接取片臂的固定端，取料电机能够驱动取片臂绕其固定端旋转；取片臂的自由端设置有上电极；取料电机的一侧设置有上料模块，取料电机的另一侧设置有厚度测量模块；厚度测量模块的一侧设置有分选模块。该分选方法包括：第一步、将被测工件放入上料模块的片盒中，通过上料模块将片盒中的晶片运送到位；第二步、启动取料电机带动取片臂将晶片送入厚度测量模块中的下电极上；第三步、通过上电极与下电机的配合，对晶片进行厚度测量；第四步，分选模块上的分选吸头将下电极上的晶片抓取，并根据测量结果，在滑台和分选电机的配合下，将晶片放入对应的料盒内。上述装置和方法选可以有效的提升晶片的合格率，克服了现有技术的不足，填补了石英晶片厚度分检领域的空白，但是其并不能对晶片的大小或者尺寸进行检测，无法对石英晶片的精度进一步检测，也无法保证经过切割得到的小晶片即为尺寸合格的晶片。

因此，为了解决石英晶片的尺寸检测问题，人们设计了采用投影法进行检测，通过将石英晶片投影到投影屏上，计算其尺寸，然后通过计算放大倍数，即可得到该石英晶片的实际尺寸。但是投影法存在以下弊端：1、投影屏的成像质量较差；2、投影法采用的光源一般是卤素灯，会将带厚度的物品反射进入到镜头之中，对石英晶片的实际尺寸造成影响。因此，该方法对石英晶片的尺寸检测存在较大误差，精度达不到要求，特别是石英晶片的表面粗糙、毛刺等小的缺陷将对检测精度造成极大影响。

发明内容

本发明针对现有的技术存在上述问题，提出了一种石英晶片尺寸的测量方法，采用该石英晶片尺寸的测量方法能够显著提高石英晶片尺寸测量精度。

本发明通过下列技术方案来实现：一种石英晶片尺寸的测量方法,其特征在于，所述石英晶片尺寸的测量包括以下测量装置：

光源：用于在检测过程中提供照明；

相机：用于采集石英晶片的图像；

起偏器：用于将光源提供的入射光变成偏振光；

检偏器：用来检验偏振光经过石英晶片后的偏转；

处理器：用于对接收的图像经分析处理，获得石英晶片的尺寸值；

所述测量方法包括如下步骤：

步骤一、所述相机、检偏器、起偏器和光源从上到下依次设置且使四者中心处于同一直线上，并将石英晶片放于起偏器和检偏器之间；

步骤二，调节起偏器的角度，使起偏器的偏振方向和入射线偏振光的光矢量振动方向成一夹角α；调整检偏器的角度，使检偏器的偏振方向和入射线光矢量振动方向成一夹角β；调整石英晶片的角度，使石英晶片的长边方向与起偏器的偏振方向成一夹角δ；

步骤三、接通电源，打开光源并启动相机，所述相机捕捉石英晶片形成图像，并将该图像发送给处理器；

步骤四，通过处理器对步骤三中所述的图像进行分析处理，获得图像边缘轮廓，从而得到石英晶片的边缘尺寸。

本石英晶片尺寸的测量方法通过设置成一定角度的起偏器和检偏器，将光源射出光进行偏振干涉，提高了石英晶片的成像清晰度，从而提高石英晶片的边缘检测，获得精准的尺寸值。

在上述的一种石英晶片尺寸的测量方法中，所述步骤二中，夹角α为90°，所述夹角β为0°，所述夹角δ为0°-90°之间的任意值。光源射出的光经起偏器后成为线偏光，该线偏光透过石英晶片后，由于石英为双折射晶体，因此分解成两个振动方向垂直且具有一定相位差的线偏光，当这两个线偏光再次穿过检偏器后，形成光干涉，因此，相机能够拍摄到比较清晰的石英晶片边缘图像。

在上述的一种石英晶片尺寸的测量方法中，所述夹角δ为45°。当夹角δ为45°时，石英晶片的长边方向与起偏器和检偏器均成45度，此时，光源发出的光线经石英晶片后的出射光为极大值，相机能够获取更好的图像。

在上述的一种石英晶片尺寸的测量方法中，所述步骤四中对图像的处理包括以下步骤：

A、提取轮廓并分割各边；

B、拟合直线并获取各轮廓的长、起始点和斜率k_i，其中i表示第i边；

C、提取一较长线段y₁＝k₁*x₁+b₁作为参考，根据参考直线y₁找寻与y₁斜率k₁接近且长度较大的轮廓为第二条边并设定y₂＝k₂*x₂+b₂；根据参考直线y₁找寻第三条直线y₃＝k₃*x₃+b₃，并满足k₁*k₃接近-1；同理找寻第四条直线y₄＝k₄*x₄+b_4,并满足k₄*k₁接近-1；

D、找到四条线拟合出四个交点a(x₁,y₁)、b(x₂,y₂)、c(x₃,y₃)、d(x₄,y₄)；

E、求得石英晶片的尺寸。

在上述的一种石英晶片尺寸的测量方法中，所述相机为工业相机。工业相机拍摄灵敏度高，图像噪声小，图像的分辨率更高，图像精度高。

在上述的一种石英晶片尺寸的测量方法中，所述光源为平行面光源。采用平行面光源能够避免将带厚度的石英晶片反射进入相机的镜头中，提高了相机成像的品质，从而增加了成像精度。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：1、采用偏振光干涉原理提高图像对比度，获取清晰图像；2、采用工业相机，提高图像的分辨率，从而增加图像精度；3、采用平行面光源，避免石英晶片反射进入相机的镜头，减少对图像的影响。

附图说明

图1是本发明实施例中石英晶片尺寸的测量方法的流程图。

图2是本发明实施例中测量装置的结构示意图。

图3是本发明实施例中测量原理示意图。

图中，1、光源；2、相机；3、石英晶片；4、处理器；5、支架；P1、起偏器；P2、检偏器。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例，并结合附图对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

如图2所示，本石英晶片尺寸的测量方法涉及以下测量装置：光源1、起偏器P1、检偏器P2、相机2和处理器4。其中光源1用于在检测过程中提供照明，为了提供较好的光源1，本实施例中采用平行面光源，这样能够避免将带厚度的石英晶片3反射进入相机2的镜头中，提高了相机2成像的品质；相机2用于采集石英晶片3的图像，因此该相机2采用摄灵敏度高、图像噪声小、图像的分辨率更高的工业相机；起偏器P1和检偏器P2，将光源1射出光进行偏振干涉，提高了石英晶片3的成像清晰度，从而提高石英晶片3的边缘检测；处理器4为图像处理器，用于对接收的图像经分析处理，获得石英晶片3的尺寸值。

如图1所示，本石英晶片尺寸的测量方法包括如下步骤：

步骤一、调整测量装置的位置并摆放。具体的，可以通过支架5将相机2、检偏器P2、起偏器P1和光源1从上到下依次设置且使四者中心处于同一直线上，并将石英晶片3放于检偏器P2和起偏器P1之间；

步骤二，调整起偏器P1、检偏器P2以及石英晶片3与起偏器P1、检偏器P2之间的角度。具体过程如图3所示，调节起偏器P1的角度，使起偏器P1的偏振方向和入射线偏振光的光矢量振动方向成直角，即两者间的夹角α为90°；调整检偏器P2的角度，使检偏器P2的偏振方向和入射线光矢量振动方向相互水平，即两者间的夹角β为0°；调整石英晶片3的角度，使石英晶片3的长边方向与起偏器P1的偏振方向成一夹角δ，需要说明的是，夹角δ可以为为0°-90°之间的任意值，在本实施例中，作为最优选择，该夹角δ为45°，此时，石英晶片3的长边与起偏器P1、检偏器P2均成45°；

通过该步骤各个角度的调整，光源1出射的光经过起偏器P1后，成为线偏光。该线偏光透过石英晶片3，由于石英为双折射晶体，分解成两个振动方向垂直且有一定相位差的线偏光。当分解后的两个线偏光再穿过检偏器P2后，他们的振幅A₁、A₂分别为：

A₁＝asinαsinβ；

A₂＝acosαcosβ；

式中，a为光矢量；

二者在同一平面内振动，满足干涉条件，其合成光的振幅A为：

$A^2=A_1^2+A_2^2+2A_1{A}_{2}cos(2\mathrm{\π}\mathrm{\δ}/\mathrm{\λ})=a^2\[\[{\cos }^2(\mathrm{\α}-\mathrm{\β})-sin2\mathrm{\α}sin2{\mathrm{\βsin}}^2(\mathrm{\π}\mathrm{\δ}/\mathrm{\λ})\]$

式中λ为干涉光的波长。

干涉光强为：I＝I₀[cos²(α-β)-sin2αsin2βsin²(πδ/λ)]，起偏器P1与检偏器P2满足垂直条件时，该式简写为I＝I₀sin²2αsin²(πδ/λ)λ；

式中I₀＝a²为入射光光强。

当时，I＝0,即干涉光强存在最小值。

当 $\mathrm{\α}=\frac{m\mathrm{\π}}{2}+\frac{\mathrm{\π}}{4},(m=0,\±1,\±2...)$ 时，即干涉光强存在最大值，此时 $I=I_0{\sin }^2\left(\frac{\mathrm{\π}\mathrm{\δ}}{\mathrm{\λ}}\right),$ 最终得到： $\mathrm{\δ}=arcsin\left(\sqrt{I/I_0}\right)\mathrm{\λ}/\mathrm{\π}.$

也就是说，当石英晶片3的光轴与起偏器P1、检偏器P2均成45°时，出射光为极大值。相机2能够获取更好的图像。

步骤三、拍摄图像并发送给处理器4。在该步骤中，当石英晶片3与起偏器P1、检偏器P2之间的各个夹角调整完成后，接通电源，打开光源1并启动相机2，相机2捕捉石英晶片3形成图像，并将该图像发送给处理器4；

步骤四，计算石英晶片3的尺寸。在该步骤中，通过处理器4对步骤三中的图像进行分析处理，获得图像边缘轮廓，从而得到石英晶片3的尺寸。具体图片处理过程包括以下步骤：

A、提取轮廓并分割各边；

B、拟合直线并获取各轮廓的长、起始点和斜率k_i，其中i表示第i边；

C、提取一较长线段y₁＝k₁*x₁+b₁作为参考，根据参考直线y₁找寻与y₁斜率k₁接近且长度较大的轮廓为第二条边并设定y₂＝k₂*x₂+b₂；根据参考直线y₁找寻第三条直线y₃＝k₃*x₃+b₃，并满足k₁*k₃接近-1；同理找寻第四条直线y₄＝k₄*x₄+b₄,并满足k₄*k₁接近-1；

D、找到四条线拟合出四个交点a(x₁,y₁)、b(x₂,y₂)、c(x₃,y₃)、d(x₄,y₄)；

E、求得石英晶片3的尺寸。

通过上述方法，能够准确的测量石英晶片3的尺寸，其精度可以达到1um，即达到微米级，完全满足生产研究的需求。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (6)

1.一种石英晶片尺寸的测量方法,其特征在于，所述石英晶片尺寸的测量包括以下测量装置：

光源(1)：用于在检测过程中提供照明；

相机(2)：用于采集石英晶片(3)的图像；

起偏器(P1)：用于将光源(1)提供的入射光变成偏振光；

检偏器(P2)：用来检验偏振光经过石英晶片(3)后的偏转；

处理器(4)：用于接收的图像并进行分析处理，获得石英晶片(3)的尺寸值；

所述测量方法包括如下步骤：

步骤一、所述相机(2)、检偏器(P2)、起偏器(P1)和光源(1)从上到下依次设置且使四者中心处于同一直线上，并将石英晶片(3)放于起偏器(P1)和检偏器(P2)之间；

步骤二，调节起偏器(P1)的角度，使起偏器(P1)的偏振方向和入射线偏振光的光矢量振动方向成一夹角α；调整检偏器(P2)的角度，使检偏器(P2)的偏振方向和入射线光矢量振动方向成一夹角β；调整石英晶片(3)的角度，使石英晶片(3)的长边方向与起偏器(P1)的偏振方向成一夹角δ；

步骤三、打开光源(1)并启动相机(2)，所述相机(2)捕捉石英晶片(3)形成图像，并将该图像发送给处理器(4)；

步骤四，通过处理器(4)对步骤三中所述的图像进行分析处理，获得图像边缘轮廓，从而得到石英晶片(3)的尺寸。

2.根据权利要求1所述的一种石英晶片尺寸的测量方法，其特征在于，所述步骤二中，夹角α为90°，所述夹角β为0°，所述夹角δ为0°-90°之间的任意值。

3.根据权利要求2所述的一种石英晶片尺寸的测量方法，其特征在于，所述夹角δ为45°。

4.根据权利要求3所述的一种石英晶片尺寸的测量方法，其特征在于，所述步骤四中对图像的处理包括以下步骤：

A、提取轮廓并分割各边；

B、拟合直线并获取各轮廓的长、起始点和斜率k_i，其中i表示第i边；

C、提取较长线段y₁＝k₁*x₁+b₁作为参考，根据参考直线找寻与其斜率接近且长度较大的轮廓为第二条边并设定y₂＝k₂*x₂+b₂；根据参考直线找寻第三条直线y₃＝k₃*x₃+b₃，并满足k₁*k₃接近-1；同理找寻第四条直线y₄＝k₄*x₄+b_4,并满足k₄*k₁接近-1；

D、找到四条线拟合出四个交点a(x₁,y₁)、b(x₂,y₂)、c(x₃,y₃)、d(x₄,y₄)；

E、求得石英晶片的尺寸。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的一种石英晶片尺寸的测量方法，其特征在于，所述相机(2)为工业相机。

6.根据权利要求1-4任意一项所述的一种石英晶片尺寸的测量方法，其特征在于，所述光源(1)为平行面光源。