CN202403671U - 全自动光学测厚仪 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种全自动光学测厚仪，包括模拟信号采集装置、模拟信号预处理电路、A/D转换电路、中央处理器和显示器，所述模拟信号采集装置的信号输出端与所述模拟信号预处理电路的信号输入端连接，所述模拟信号预处理电路的信号输出端与所述A/D转换电路的信号输入端连接，所述A/D转换电路的信号输出端与所述中央处理器的折射/透射率数据信号输入端连接，所述中央处理器的视频信号输出端与所述显示器的信号输入端连接。本实用新型结合了模/数转换、数字信号在中央控制器中的运算、比较、判断等软处理以及LCD显示，测量准确、数据精确，结果稳定、可靠，效率远远高于传统人工判断极值的方式。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种光学测厚仪，尤其涉及一种测量准确、数据精确的全自动光学测厚仪。
背景技术
光学测厚仪是利用光学监控技术对物件厚度进行检测的仪器，其前端装置为模拟信号采集装置，其作用是将物件的厚度变化转换为光学领域的反射/透射率(即反射率或透射率)的变化，通过后端的数据处理后检测出物件的厚度值。
以光学零件真空镀膜系统为例，对膜层厚度的监控主要分为两种，第一种是石英晶体监控技术，第二种是光学监控技术。其中，石英晶体监控技术的成本较高，所以最普遍的监控方法还是光学监控。
光学监控主要采用的方法是极值法，简言之，当膜层厚度变化时，其反射率或透射率也会随之发生变化，反射率或透射率出现极大值或极小值时，就意味着光学厚度达到监控波长1/4的整倍数。
目前，市面上的光学测厚仪在实际操作时，是根据测量仪器指针的偏转来判断相应的极值点，极值点出现后人工关闭蒸发源挡板，蒸镀停止。因此传统的光学测厚仪，对极值点进行捕获的整个控制过程都由人眼观察和手工操作，所以必须要求操作者工作时精神高度集中，这样，不可避免地就会引入人为主观性和经验性因素的影响；而且由于在极值点附近，反射光强度信号对薄膜厚度变化率会降低，操作者想要及时准确地判断极值点就更加的困难。由于一个光学元件的镀膜层数往往有数层到数十层之多，如太过依赖操作人员的主观判别，那么稍不留意就可能出现废品。
综上，现有光学测厚仪不仅极大地增加了镀膜操作人员的工作强度，而且很难保证测量的准确性和精确性，从而很难保证镀膜等工艺的质量。
发明内容
本实用新型的目的就在于为了解决上述问题而提供一种测量准确的全自动光学测厚仪。
为了达到上述目的，本实用新型采用了以下技术方案：
本实用新型包括模拟信号采集装置、模拟信号预处理电路、A/D转换电路、中央处理器和显示器，所述模拟信号采集装置的信号输出端与所述模拟信号预处理电路的信号输入端连接，所述模拟信号预处理电路的信号输出端与所述A/D转换电路的信号输入端连接，所述A/D转换电路的信号输出端与所述中央处理器的折射/透射率数据信号输入端连接，所述中央处理器的视频信号输出端与所述显示器的信号输入端连接。
模拟信号采集装置将物件的厚度变化转换为光学领域的反射/透射率的变化，并将此模拟信号传输给模拟信号预处理电路进行放大、滤波等预处理，然后输出准确且被放大的模拟信号，该模拟信号经A/D转换电路能够模/数转换后得到数字信号即折射/透射率数据信号，折射/透射率数据信号经过中央处理器的运算、对比、判断等处理后得到最终的折射/透射率值、折射/透射率趋势线以及极值数量，这些信息通过显示器显示出来，让工作人员一目了然。
具体地，所述模拟信号预处理电路包括主信号放大电路、主带通滤波电路、参考信号放大电路、参考带通滤波电路、相位调节电路、同向检波电路、总滤波电路和直流放大电路；所述主信号放大电路的输入端与所述模拟信号采集装置的模拟主信号输出端连接，所述主信号放大电路的输出端与所述主带通滤波电路的信号输入端连接，所述参考信号放大电路的输入端与所述模拟信号采集装置的模拟参考信号输出端连接，所述参考信号放大电路的输出端与所述参考带通滤波电路的信号输入端连接，所述参考带通滤波电路的信号输出端与所述相位调节电路的信号输入端连接，所述主带通滤波电路的信号输出端和所述相位调节电路的信号输出端与所述同向检波电路的两个信号输入端对应连接，所述同向检波电路的信号输出端与所述总滤波电路的信号输入端连接，所述总滤波电路的信号输出端与所述直流放大电路的信号输入端连接，所述直流放大电路的信号输出端与所述A/D转换电路的信号输入端连接。
所述显示器为反显LCD。传统的光学测厚仪多采用LED显示器，不但显示的内容不多，而且显示内容不精确，也不能显示折射/透射率趋势线。
本实用新型的有益效果在于：
本实用新型结合了模/数转换、数字信号在中央控制器中的运算、比较、判断等软处理以及LCD显示，测量准确、数据精确，结果稳定、可靠，效率远远高于传统人工判断极值的方式。
附图说明
图1是本实用新型全自动光学测厚仪的结构框图；
图2是本实用新型全自动光学测厚仪的模拟信号预处理电路的结构框图；
图3是本实用新型全自动光学测厚仪的折射/透射率数据处理方法的流程图；
图4是本实用新型全自动光学测厚仪的反显LCD面板内容示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步具体描述：
如图1所示，本实用新型包括模拟信号采集装置、模拟信号预处理电路、A/D转换电路、中央处理器和反显LCD，模拟信号采集装置的信号输出端与模拟信号预处理电路的信号输入端连接，模拟信号预处理电路的信号输出端与A/D转换电路的信号输入端连接，A/D转换电路的信号输出端与中央处理器的折射/透射率数据信号输入端连接，中央处理器的视频信号输出端与反显LCD的信号输入端连接。
如图2所示，模拟信号预处理电路包括主信号放大电路、主带通滤波电路、参考信号放大电路、参考带通滤波电路、相位调节电路、同向检波电路、总滤波电路和直流放大电路；主信号放大电路的输入端与模拟信号采集装置的模拟主信号输出端连接，主信号放大电路的输出端与主带通滤波电路的信号输入端连接，参考信号放大电路的输入端与模拟信号采集装置的模拟参考信号输出端连接，参考信号放大电路的输出端与参考带通滤波电路的信号输入端连接，参考带通滤波电路的信号输出端与相位调节电路的信号输入端连接，主带通滤波电路的信号输出端和相位调节电路的信号输出端与同向检波电路的两个信号输入端对应连接，同向检波电路的信号输出端与总滤波电路的信号输入端连接，总滤波电路的信号输出端与直流放大电路的信号输入端连接，直流放大电路的信号输出端与A/D转换电路的信号输入端连接。
如图1和图2所示，模拟信号采集装置将物件(如镀膜)的厚度变化转换为光学领域的反射/透射率的变化，并将此模拟信号传输给模拟信号预处理电路进行放大、滤波、合并、再滤波和再放大等预处理，然后输出准确且被放大的模拟信号，该模拟信号经A/D转换电路能够模/数转换后得到数字信号即折射/透射率数据信号，折射/透射率数据信号经过中央处理器的运算、对比、判断等处理后得到最终的折射/透射率值、折射/透射率趋势线以及极值数量，这些信息通过显示器显示出来，让工作人员一目了然。
如图3所示，本实用新型全自动光学测厚仪的折射/透射率数据处理方法，包括以下步骤：
(1)输入包含一位小数位的折射/透射率T(R)％数据，该折射/透射率T(R)％数据来源于A/D转换电路的输出端；
(2)中值滤波，获得有效折射/透射率T(R)％；
(3)提取有效折射/透射率T(R)％的小数位；
(4)设置两个临域，判断小数位是否临域间的变化；如果不是，则进入步骤(8)，如果是，则进行去掉小数位处理，然后则进入下一步骤；
(5)判断是否出现极值，如果没出现，则进入步骤(8)，如果出现，则进入下一步骤；
(6)显示折射/透射率T(R)％值、折射/透射率T(R)％趋势线，更新并显示极值数量；
(7)返回第(2)步骤，循环执行；
(8)显示折射/透射率T(R)％值、折射/透射率T(R)％趋势线，不更新只显示极值数量；
(9)返回第(2)步骤，循环执行。
所述第(2)步骤中，所述中值滤波的方法为：先将200个折射/透射率T(R)％数据按照由大到小的顺序排列，然后取第100个折射/透射率T(R)％数据为效折射/透射率T(R)％。
所述第(4)步骤中，所述两个临域分别为第一临域(1、2、3)和第二临域(6、7、8)；所述进行去掉小数位处理的方法为：若小数位从第一临域变化为第二临域，则去掉小数位并将个位数加1，若小数位从第二临域变化为第一临域，则去掉小数位并保持个位数减1。
所述第(5)步骤中，所述判断是否出现极值的方法为：如果下一位折射/透射率T(R)％的变化与上一位折射/透射率T(R)％的变化趋势相同，则判断为没有出现极值；如果下一位折射/透射率T(R)％的变化与以前的变化趋势不同，则按以下方法判断出现极值：若由下降转为上升，则判断上一位折射/透射率T(R)％为极小值，若由上升转为下降，则判断上一位折射/透射率T(R)％为极大值。
如图4所示，图中左侧上方内容为实时折射/透射率T(R)％值，图中显示的是当前状态下的T(R)％为111.4，图中左边下方内容为极值数量，图中显示的是到目前为止总共出现了一个极大值和一个极小值。图中右侧显示的是折射/透射率T(R)％趋势线5，它反应了折射/透射率T(R)％的变化趋势，让人一目了然。
如图4所示，由于借鉴了数字图像处理中消除噪声的思想，采用软件滤波辅助硬件滤波的方法，本实用新型测量的折射/透射率T(R)％的数据相当稳定。同时由图中右侧部分可知，本实用新型能准确地监测出区域2出现的极大值和区域3出现的极小值，而对于区域1和区域4的小幅抖动带所来的干扰，则通过小数位临域处理法得以避免，从而避免了极值的误判。
Claims (3)
1.一种全自动光学测厚仪，其特征在于：包括模拟信号采集装置、模拟信号预处理电路、A/D转换电路、中央处理器和显示器，所述模拟信号采集装置的信号输出端与所述模拟信号预处理电路的信号输入端连接，所述模拟信号预处理电路的信号输出端与所述A/D转换电路的信号输入端连接，所述A/D转换电路的信号输出端与所述中央处理器的折射/透射率数据信号输入端连接，所述中央处理器的视频信号输出端与所述显示器的信号输入端连接。
2.根据权利要求1所述的全自动光学测厚仪，其特征在于：所述模拟信号预处理电路包括主信号放大电路、主带通滤波电路、参考信号放大电路、参考带通滤波电路、相位调节电路、同向检波电路、总滤波电路和直流放大电路；所述主信号放大电路的输入端与所述模拟信号采集装置的模拟主信号输出端连接，所述主信号放大电路的输出端与所述主带通滤波电路的信号输入端连接，所述参考信号放大电路的输入端与所述模拟信号采集装置的模拟参考信号输出端连接，所述参考信号放大电路的输出端与所述参考带通滤波电路的信号输入端连接，所述参考带通滤波电路的信号输出端与所述相位调节电路的信号输入端连接，所述主带通滤波电路的信号输出端和所述相位调节电路的信号输出端与所述同向检波电路的两个信号输入端对应连接，所述同向检波电路的信号输出端与所述总滤波电路的信号输入端连接，所述总滤波电路的信号输出端与所述直流放大电路的信号输入端连接，所述直流放大电路的信号输出端与所述A/D转换电路的信号输入端连接。
3.根据权利要求1所述的全自动光学测厚仪，其特征在于：所述显示器为反显LCD。
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| CN102494620A (zh) * | 2011-12-06 | 2012-06-13 | 成都中科唯实仪器有限责任公司 | 全自动光学测厚仪及其折射/透射率数据处理方法 |
| CN103409727A (zh) * | 2013-08-13 | 2013-11-27 | 南昌欧菲光科技有限公司 | 一种在线提高柔性基材膜层质量装置 |
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- 2011-12-06 CN CN2011205035901U patent/CN202403671U/zh not_active Expired - Fee Related
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