CN112815882A - 一种高精度晶体定向角度测量装置及工作方法 - Google Patents
一种高精度晶体定向角度测量装置及工作方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN112815882A CN112815882A CN202110288030.7A CN202110288030A CN112815882A CN 112815882 A CN112815882 A CN 112815882A CN 202110288030 A CN202110288030 A CN 202110288030A CN 112815882 A CN112815882 A CN 112815882A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- crystal
- angle measuring
- angle
- ray
- laser
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000013078 crystal Substances 0.000 title claims abstract description 226
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 9
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 47
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 37
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims abstract description 15
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 claims abstract description 5
- 230000001143 conditioned effect Effects 0.000 claims description 4
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
- G01B11/26—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring angles or tapers; for testing the alignment of axes
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B15/00—Measuring arrangements characterised by the use of electromagnetic waves or particle radiation, e.g. by the use of microwaves, X-rays, gamma rays or electrons
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
Abstract
本发明涉及一种高精度晶体定向角度测量装置及工作方法，本高精度晶体定向角度测量装置包括：一个用于放置晶体的可绕轴旋转的晶体测角台、X光光源和X光探测器、激光光源和激光光斑位置探测传感器、各信号处理单元、晶体测角台旋转驱动单元、测控单元。其中所述的测控单元用于发送控制信号至晶体测角台旋转驱动单元驱动晶体测角台旋转，分别完成激光测角机构对晶体晶面角度测量和X光定向测角机构对晶体原子面的角度测量，接收激光光斑位置信号、X光探测器探测到的X光衍射信号、晶体测角台旋转角度位置信号，根据相关信息计算晶体晶面和原子面的夹角，实现晶体定向角度测量功能。
Description
技术领域
本发明涉及角度测量领域，具体涉及一种高精度晶体定向角度测量装置及工作方法。
背景技术
无论是天然晶体还是人工晶体，在被作为原料切割加工成为光学元件或电子元件时，常需要对晶体进行定向测角，随着科技的发展，对晶体进行定向测角的测量精度要求越来越高；传统的方法仅对晶体原子面进行X光测角，晶体的晶面不清洁、晶体测角台基准平面受污染或磨损等的因素对测量精度有着很大的影响 ，尤其是在规模化自动化生产过程中，这不仅提高了生产成本，增加了生产管理难度，更使得产品成品率变得不可预期。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明公开一种更佳的测量方法，设计了一种激光角度测量技术，并把这技术和原有的X光测角技术有效的结合在一起，分别用于对晶体晶面和晶体原子面的测角，综合它们的测量结果可以得到精准的晶体定向角度，这种测量方法基本上消除了晶体的晶面不清洁、晶体测角台基准平面受污染或磨损等的因素对测角精度的影响，极大地提高了测量精度。
为实现上述目标，本发明采样了如下的技术方案：
一种高精度晶体定向角度测量装置包括：晶体测角台机构、激光角度测量机构、X光定向测角机构、测控单元。
所述晶体测角台机构用于放置被测晶体，并能接收指令绕轴旋转，输出旋转角度位置信息。
所述激光角度测量机构用于测量所述晶体晶面的角度。
所述X光定向测角机构用于测量所述晶体原子面的角度。
所述测控单元用于驱动所述晶体测角台机构，分别完成测量所述晶体晶面的角度和所述晶体原子面的角度，最后计算所述晶体的定向角度。
所述晶体测角台机构包括：晶体测角台、晶体测角台旋转驱动单元、晶体测角台旋转角度探测单元。
所述晶体测角台能绕轴旋转，上方有一个和旋转轴重合的基准平面，所述晶体放置在所述晶体测角台上时，所述晶体晶面紧贴所述晶体测角台的基准平面。
所述晶体测角台旋转驱动单元接受所述测控单元指令驱动所述晶体测角台旋转。
所述晶体测角台旋转角度探测单元用于探测所述晶体测角台的旋转角度位置，并把探测到的信息发送到所述测控单元。
所述激光角度测量机构包括：激光器、准直透镜、激光光斑位置探测传感器、激光光斑位置信号处理单元。
所述激光器安置在所述晶体测角台的一侧，所述准直透镜安置在所述激光器前，对激光进行准直处理，准直处理后的激光射向所述晶体测角台、和所述晶体测角台旋转轴相交且垂直。
所述激光光斑位置探测传感器安置在所述晶体测角台另一侧的适当距离位置，所述激光光斑位置探测传感器探测面中心法线和所述晶体测角台旋转轴相交且垂直，且与准直处理后的激光相交，探测所述晶体晶面反射的激光光斑位置。
所述激光光斑位置信号处理单元对所述激光光斑位置探测传感器探测到的信号进行调理后发送到所述测控单元。
所述激光光斑位置探测传感器为CCD元件或PSD元件。
所述X光定向测角机构包括：X光管、单色器、X光计数管、X光计数管信号处理单元。
所述X光管安置在所述晶体测角台的一侧，所述单色器安置在所述X光管出光口，对X光进行单色化处理，单色化处理后的X光射向所述的晶体测角台、和所述晶体测角台旋转轴相交且垂直。
所述X光计数管安放在所述晶体测角台的另一侧，探测轴向指向晶体测角台，和单色化处理后X光的夹角为二倍所述晶体原子面衍射角。
所述X光计数管信号处理单元对所述X光计数管探测到的X光衍射信号进行调理后发送到所述测控单元。
所述测控单元驱动所述晶体测角台旋转，分别完成所述激光角度测量机构对所述晶体晶面的测角和所述X光定向测角机构对所述晶体原子面的测角，根据相关信息计算所述晶体晶面和原子面的夹角，完成所述晶体定向角度测量。
附图说明
图1是本发明实施例提供的晶体定向测角总体结构示意图；
图2是本发明实施例提供的激光和X光测角装置的立体示意图；
图3是本发明实施例提供的激光测角装置的测量原理示意图；
图4是本发明实施例提供的X光测角装置的测量原理示意图；
图中：晶体测角台1、晶体2、晶体测角台基准平面3、X光管4、单色器5、准直透镜6、激光器7、X光计数管8、激光光斑位置探测传感器9、激光光斑位置信号处理单元10、X光计数管信号处理单元11、测控单元12、晶体测角台旋转角度探测单元13、晶体测角台旋转驱动机构14。
具体实施方式
现结合附图对本发明作进一步的详细说明；这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
一种高精度晶体定向角度测量装置，包括：晶体测角台机构、激光角度测量机构、X光定向测角机构、测控单元，如图1 所示。
晶体测角台机构由晶体测角台1、晶体测角台旋转角度探测单元13、晶体测角台旋转驱动机构14组成；晶体测角台1直连驱动电机，在控制指令的驱动下能绕轴旋转，驱动电机可为直驱电机或伺服电机，晶体测角台旋转角度探测单元13直接采集驱动电机上的轴编码器信号用作晶体测角台旋转角度位置信息；晶体测角台1上方有一个和旋转轴重合的晶体测角台基准平面3，被测晶体2放置在晶体测角台1上时，晶体2的晶面紧贴晶体测角台基准平面3。
激光角度测量机构包括：激光器7、准直透镜6、激光光斑位置探测传感器9、激光光斑位置信号处理单元10；激光器7安置在晶体测角台1的一侧，准直透镜6安置在激光器7前，对激光进行准直处理，准直处理后的激光与晶体测角台1的旋转轴相交且垂直；激光光斑位置探测传感器9安置在晶体测角台1另一侧的适当距离位置，两者的距离标记为L1，激光光斑位置探测传感器9探测面中心法线和晶体测角台1旋转轴相交且垂直，且与准直处理后的激光相交，准直激光被晶体测角台1上放置的晶体2晶面反射，在合适的反射角下，激光会被反射到激光光斑位置探测传感器9上；激光光斑位置信号处理单元10用于调理激光光斑位置探测传感器9的输出信号，并发送到测控单元12用于计算激光光斑位置。
X光定向测角机构包括：X光管4、单色器5、X光计数管8、X光计数管信号处理单元11；X光管4安置在晶体测角台1的一侧，单色器5安置在X光管4出光口，对X光进行单色化处理，单色化处理后的X光射向晶体测角台1、和晶体测角台1旋转轴相交且垂直；X射线照射晶体，当在和晶体的某一原子面成一定角度θ时会产生衍射，此时安置在另一侧二倍衍射角θ处的X光计数管8就会探测到衍射信号，这信号被X光计数管信号处理单元11处理后发送到测控单元12。
测控单元12由CPU、AD转换单元、脉冲计数单元、脉冲信号发生器、输入设备、输出设备等组成；测控单元12通过输入设备实现人机交互，驱动晶体测角台1旋转，分别完成激光角度测量机构对晶体2晶面的测角和X光定向测角机构对晶体2原子面的测角，根据相关信息计算晶体2晶面和原子面的夹角，完成晶体2定向角度测量并输出到输出设备。
一种高精度晶体定向角度测量装置的工作方法。
在开始对晶体进行定向测角前，首先需要用一个已知定向角度θ1的标准晶体对高精度晶体定向角度测量装置进行校准。
步骤1，如图3所示，在晶体测角台上放置标准晶体，标准晶体被测晶面紧贴晶体测角台基准平面，驱动晶体测角台旋转，使得标准晶体晶面反射的激光光斑尽量靠近激光光斑位置探测传感器的中心，测量光斑和激光光斑位置探测传感器中心的距离L2，并记录晶体测角台的角度位置ω1。
步骤2，如图4所示，控制晶体测角台旋转，使得X光计数管探测到标准晶体定向原子面衍射的X光信号并达到最大值，记录晶体测角台的角度位置ω2，完成对高精度晶体定向角度测量装置的校准。
步骤3，如图3所示，在晶体测角台上放置被测晶体，被测晶体晶面紧贴晶体测角台基准平面，驱动晶体测角台旋转到ω1位置，测量激光光斑和激光光斑位置探测传感器中心的距离L3，此时的被测晶体和标准晶体的被测晶面夹角θ2的计算公式为：
θ2=
(arctan(
)+arctan(
))。
步骤4，如图4所示，控制晶体测角台旋转，使得X光计数管探测到被测晶体定向原子面衍射的X光信号并达到最大值，记录晶体测角台的角度位置ω3，那么，当晶体测角台在同一角度位置时，被测晶体和标准晶体被测原子面的夹角θ3的计算公式为：
θ3=ω3-ω2 。
结合步骤3和步骤4的结果可以得到被测晶体定向角度θt：
θt=θ1+θ2+θ3 。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解；其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，而这些修改或者替换并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围；均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种高精度晶体定向角度测量装置，其特征在于，包括：晶体测角台机构、激光角度测量机构、X光定向测角机构、测控单元；
所述晶体测角台机构是用于放置晶体，并能接收指令绕轴旋转，输出旋转角度位置信息；
所述激光角度测量机构用于测量所述晶体晶面的角度；
所述X光定向测角机构用于测量所述晶体原子面的角度；
所述测控单元用于驱动所述晶体测角台机构，分别完成测量所述晶体晶面的角度和所述晶体原子面的角度，最后计算所述晶体的定向角度。
2.如权利要求1所述的高精度晶体定向角度测量装置，其特征在于，所述晶体测角台机构包括：晶体测角台、晶体测角台旋转驱动单元、晶体测角台旋转角度探测单元；
所述晶体测角台能绕轴旋转，上方有一个和旋转轴重合的晶体测角台基准平面，所述的晶体放置在所述晶体测角台上时，所述晶体晶面紧贴所述晶体测角台基准平面；
所述晶体测角台旋转驱动单元接受所述测控单元指令驱动所述晶体测角台旋转；
所述晶体测角台旋转角度探测单元用于探测所述晶体测角台的旋转角度位置，并把探测到的信息发送到所述测控单元。
3.如权利要求1所述的高精度晶体定向角度测量装置，其特征在于，所述激光角度测量机构包括：激光器、准直透镜、激光光斑位置探测传感器、激光光斑位置信号处理单元；
所述激光器安置在所述晶体测角台的一侧，所述准直透镜安置在所述激光器前，对激光进行准直处理，准直处理后的激光射向所述晶体测角台、和所述晶体测角台旋转轴相交且垂直；
所述激光光斑位置探测传感器安置在所述晶体测角台另一侧的适当距离位置，所述的激光光斑位置探测传感器探测面中心法线和所述晶体测角台旋转轴相交且垂直，且与准直处理后的激光相交，探测所述晶体晶面反射的激光光斑位置；
所述激光光斑位置信号处理单元对所述激光光斑位置探测传感器探测到的信号进行调理后发送到所述测控单元。
4.如权利要求3所述的高精度晶体定向角度测量装置，其特征在于，所述激光光斑位置探测传感器为CCD元件或PSD元件。
5.如权利要求1所述的高精度晶体定向角度测量装置，其特征在于，所述X光定向测角机构包括：X光管、单色器、X光计数管、X光计数管信号处理单元；
所述X光管安置在所述晶体测角台的一侧，所述单色器安置在所述X光管出光口，对X光进行单色化处理，单色化处理后的X光射向所述晶体测角台、和所述晶体测角台旋转轴相交且垂直；
所述X光计数管安放在所述晶体测角台的另一侧，探测轴向指向所述晶体测角台，和单色化处理后X光的夹角为二倍所述晶体原子面衍射角；
所述X光计数管信号处理单元对所述X光计数管探测到的X光衍射信号进行调理后发送到所述测控单元。
6.如权利要求1所述的高精度晶体定向角度测量装置，其特征在于，所述测控单元驱动所述晶体测角台旋转，分别完成所述激光角度测量机构对所述晶体晶面的测角和所述X光定向测角机构对所述晶体原子面的测角，根据相关信息计算所述晶体晶面和原子面的夹角，完成所述晶体定向角度测量。
7.一种高精度晶体定向角度测量装置的工作方法，其特征在于，
步骤1，在晶体测角台上放置一个已知定向角度的标准晶体，被测晶面紧贴晶体测角台基准平面，控制晶体测角台旋转，使得标准晶体的晶面反射的激光光斑尽量靠近激光光斑位置探测传感器的中心，测量光斑和激光光斑位置探测传感器中心的距离L2，并记录晶体测角台的角度位置ω1；
步骤2，控制晶体测角台旋转，使得X光计数管探测到标准晶体定向原子面衍射的X光信号并达到最大值，记录晶体测角台的角度位置ω2；
步骤3，更换晶体测角台上标准晶体为被测晶体，控制晶体测角台旋转到ω1位置，测量光斑和激光光斑位置探测传感器中心的距离L3；
步骤4，控制晶体测角台旋转，使得X光计数管探测到被测晶体定向原子面衍射的X光信号并达到最大值，记录晶体测角台的角度位置ω3。
8.根据权利要求7所述的高精度晶体定向角度测量的方法，其特征在于，
被测晶体定向角度θt的计算公式为：
θt=θ1+ω3-ω2+
(arctan(
)+arctan(
))
其中，θ1为标准晶体定向角度，L1为激光光斑位置探测传感器和晶体测角台之间的距离。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110288030.7A CN112815882A (zh) | 2021-03-17 | 2021-03-17 | 一种高精度晶体定向角度测量装置及工作方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110288030.7A CN112815882A (zh) | 2021-03-17 | 2021-03-17 | 一种高精度晶体定向角度测量装置及工作方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN112815882A true CN112815882A (zh) | 2021-05-18 |
Family
ID=75863380
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110288030.7A Pending CN112815882A (zh) | 2021-03-17 | 2021-03-17 | 一种高精度晶体定向角度测量装置及工作方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN112815882A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114910496A (zh) * | 2022-05-23 | 2022-08-16 | 丹东奇伟企业管理咨询有限公司 | 一种晶体自动定向测量装置和测量方法 |
-
2021
- 2021-03-17 CN CN202110288030.7A patent/CN112815882A/zh active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114910496A (zh) * | 2022-05-23 | 2022-08-16 | 丹东奇伟企业管理咨询有限公司 | 一种晶体自动定向测量装置和测量方法 |
| CN114910496B (zh) * | 2022-05-23 | 2023-09-22 | 丹东奇伟企业管理咨询有限公司 | 一种晶体自动定向测量装置和测量方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN105823435B (zh) | 一种基于激光位移传感器的齿轮测量装置及齿轮测量方法 | |
| CA2135602C (en) | System and method for monitoring torsional vibrations and operating parameters of rotating shafts | |
| CN107883871A (zh) | 一种蜗杆测量方法 | |
| CN105387817A (zh) | 快速检测圆柱类外圆形状尺寸参数的装置 | |
| CN102494710A (zh) | 编码器测角精度检测装置及方法 | |
| JP2010223915A (ja) | 回転中心線の位置変動測定方法および装置 | |
| CN103542813A (zh) | 一种基于边界微分和环境光自校准的激光测径仪 | |
| CN112815882A (zh) | 一种高精度晶体定向角度测量装置及工作方法 | |
| CN102735191A (zh) | 一种蜂窝陶瓷垂直度测定装置 | |
| CN110617785B (zh) | 基于调制周期光电检测的转盘偏心误差测量方法 | |
| US4600301A (en) | Spinning disk calibration method and apparatus for laser Doppler velocimeter | |
| CN202939139U (zh) | 蓝宝石晶体半自动检测仪 | |
| CN110617784B (zh) | 转盘偏心误差测量方法 | |
| CN205027666U (zh) | 介质折射率的测量装置 | |
| CN112504133B (zh) | 一种用于吹瓶机加热炉内芯轴的测量装置及方法 | |
| CN109799078A (zh) | 利用莫尔条纹放大作用的平行光管焦距测量装置及方法 | |
| JPH063141A (ja) | 回転位置計測装置 | |
| CN103884684A (zh) | 一种高精度数字v棱镜折射仪的光学系统 | |
| CN108061537A (zh) | 非接触式回转体参数测量仪 | |
| RU2406972C1 (ru) | Способ измерения толщины зубьев зубчатого колеса | |
| CN208520344U (zh) | 用于薄片晶体的二维定向误差精密测量系统 | |
| CN206146387U (zh) | 一种紫外辐照计检定装置的位移自动控制系统 | |
| JP2014163801A (ja) | 偏芯検出装置、および偏芯検出方法 | |
| CN115096215B (zh) | 基于全周调制信号周期的转盘偏心角测量方法 | |
| CN110095102A (zh) | 一种基于差动法的大齿轮测量仪齿距误差校准方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20210518 |