数字式光学膜厚控制仪制造技术

本发明专利技术涉及一种数字式光学膜厚控制仪，包括放大器、滤波器、Ａ／Ｄ模块、嵌入式计算机系统、键盘、显示器、开关、存储器和通讯接口，放大器与参考信号、测试信号以及滤波器连接，滤波器与Ａ／Ｄ模块连接，嵌入式计算机系统与Ａ／Ｄ模块、键盘、显示器、开关、存储器和通讯接口连接，其特征在于所述嵌入式计算机系统中设置有软件程序，根据初始设定值和键盘输入进行控制、跟踪显示、参数设置和通讯。本发明专利技术结构合理，安全可靠，用软件实现信号变换、数字滤波、数字锁相和数字运算，克服模拟设计存在的问题，减少了电子线路的相互干扰，提高了整机的抗干扰能力和镀膜产品的合格率。

Digital optical film thickness controller

The invention relates to a digital optical film thickness controller, including amplifier, filter, A / D module, embedded computer system, keyboard, display, switch, memory and communication interface, connecting the amplifier with the reference signal and test signal and filter, filter is connected with the A / D interface module, embedded computer system and A / D module, keyboard, display, switch, memory and communication, which is characterized in that a software program is provided with the embedded computer system, according to the initial value and keyboard control, tracking display, parameter setting and communication. The invention has reasonable structure, safe and reliable, achieve signal conversion, software digital filter, digital PLL and digital simulation operation, to overcome the problems existing in the design, reduces the mutual interference of electronic circuit, improve the qualified rate of the anti interference ability and coating products.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种数字式光学膜厚控制仪，它主要用于光学镀膜领域。
技术介绍
光学薄膜广泛应用于光谱分析、激光技术、化学工业、航天、大型精密仪器等科技领域，光学薄膜厚度的准确控制是制备光学薄膜的关键技术。人们通常使用的监控方法主要有光学监控法和石英晶体振荡监控法。光学监控法是目前在光学薄膜厚度控制方法中，应用较为广泛的一种，它采用光电测光，直接测量薄膜透射率或反射率极值来实现对光学薄膜厚度的控制。典型的光学薄膜仪如图1所示。现有光学监控法的膜厚监测系统抗干扰能力、稳定性较差的主要原因有1.现有系统中监测光直接照射到单色仪入射狭缝上的这种结构，使得系统的抗震动能力、排除杂散光能力比较弱，而光源、光电倍增管及其供电源的工作稳定性也影响监测信号的稳定性。因此在监测系统中，要求膜厚监测系统的要有很高的抗扰动能力，而现有的模拟电路光学薄膜仪是无法达到。2.现有的模拟电路光学薄膜仪的模拟电路滤波处理的可靠性和稳定性较低，改变滤波参数困难；而模拟锁相环存在直流零点漂移、部件饱和、必须进行初始校准等问题。3.对于复杂的模拟电路，电子元气件的质量优劣和线路之间相互干扰都影响着信号的处理；另外仅仅采用模拟电路的设计，也无法对各种信号误差进行针对性各种算法处理，影响着监测信号的精度和稳定性。4.现有的镀膜生产过程主要依靠人眼观察和手工操作。由于操作者工作时带有人为的主观性和经验性，尤其是在极值点附近，光强信号的变化十分缓慢，要及时准确判断，很难保证镀膜的质量和重复性。5.部分配有计算机控制系统大多数采用工控机或可编程控制器等组成系统，硬件成本高；且一般仅用于最终数据处理分析，而不是信号处理。6.有采用单片机的，整机主要还是采用模拟电路设计，因功能限制，也仅仅进行数字采样、转换和传送作用，未实现通过算法实现极值法和定值法控制，达到真正自动判断。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种结构简单、成本低廉、自动操作且精度高、稳定性高、可靠性高、通用性强的数字式光学膜厚控制仪。在光学真空镀膜过程中，光学薄膜厚度监控信号的稳定、压躁以及准确控制是制备光学薄膜的关键技术，它直接影响着光学薄膜元器件性能参数。在监控薄膜厚度过程中，对薄膜的反射率(或透射率)进行测量，并将测量结果用于对薄膜膜层厚度的控制，一旦测量数值达到与所要求的膜厚时，就立即停止淀积，关闭挡板和切断蒸发源电源以停止膜层蒸镀，从而实现对薄膜厚度的控制。根据薄膜光学的原理，采用极值监控时，光学薄膜厚度的准确控制，依赖于对极值点的准确判断，由于光强信号在极值处变化缓慢，所以对噪声特别敏感。本专利技术在嵌入式计算机系统中采用软件技术解决这一问题。本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案是该数字式光学膜厚控制仪，包括放大器、滤波器、A/D模块、嵌入式计算机系统、键盘、显示器、开关、存储器和通讯接口，放大器与参考信号、测试信号以及滤波器连接，滤波器与A/D模块连接，嵌入式计算机系统与A/D模块、键盘、显示器、开关、存储器和通讯接口连接，其特征在于所述嵌入式计算机系统中设置有软件程序，根据初始设定值和键盘输入进行控制、跟踪显示、参数设置和通讯。本专利技术所述控制设置有控制初始化、扫描键盘、信号处理、曲线拟合、开关控制、显示数据、显示波形以及数据存储，它运用计算机优化技术对参考信号和测量信号进行信号处理，对一段时间内采集到的数据进行曲线拟合，得到信号的整体变化趋势，并通过对该趋势的分析，预先判断极值的大小以及出现极值的时刻，从而控制开关及时关闭档板，停止膜层蒸镀，准确地实现对膜层的极值监控和过极值监控。本专利技术所述信号处理设置有信号处理初始化、读参考信号、数字锁相、参考信号除法、读测量信号、减法处理、傅立叶变换、数字滤波、傅立叶反变换和中值滤波，其中参考信号经过参考信号除法取得与测量信号平衡的参考信号数据，自动根据测量信号源的大小状态修正参考信号系数，读测量信号采集与参考信号有同频率锁相关系的测量信号数据，减法处理将测量信号数据与参考信号数据相减得到减法数据，所述数字锁相、参考信号除法和减法处理的组合用来进行光学补偿，消除共摸干扰的影响，大幅度地抑制噪声，提高探测灵敏度和信噪比，所述傅立叶变换、数字滤波、傅立叶反变换和中值滤波用于消除差模及随机干扰的影响。本专利技术所述跟踪显示设置有跟踪显示初始化、扫描键盘、信号处理、移动平均计算、显示线性化以及LED数码管显示、LCD液晶显示数据和LCD液晶显示波形。本专利技术所述参数设置是用键盘输入初始光量值、控制方式、镀膜工艺参数，调整工作参数。本专利技术所述显示器设置有LCD液晶显示器和LED数码管显示器。本专利技术所述键盘是触摸键盘。本专利技术与现有技术相比，具有以下优点和效果1.整个检测控制过程用嵌入式计算机系统控制执行，安全可靠，利用软件技术自动进行极值或定值判断并控制，可以克服人为操作的不足，提高镀膜生产的成品率和重复性。2.包括嵌入式计算机系统在内的硬件设计简单、成本低廉，可靠性高，部分硬件电路功能在嵌入式计算机系统中采用软件实现，包括信号变换、数字滤波、数字锁相和数字运算，克服模拟设计存在问题，并减少了电子线路的相互干扰，提高了整机的抗干扰能力。3.在嵌入式计算机系统中，根据光学镀膜原理，采用软件技术进行自动光学补偿，即利用测得的两光强信号之差值来代替透(反)射率值，并自动根据信号源的大小状态修正参考信号系数，以达到最佳的消除干扰效果；并利用信号处理优化技术软件消除差模及随机干扰的影响。4.面板采用LCD液晶显示、LED数码管显示和触摸键盘操作，使用简单。5.提供本机数据存储和查阅，并且为上位机提供通讯接口，以便对工艺数据管理分析。附图说明图1是现有的光学膜厚仪与其它设备组成应用系统的结构示意图。图2是本专利技术与相关装置组成应用系统的结构示意图。图3是本专利技术的主程序流程图。图4是本专利技术的控制流程图。图5是本专利技术的跟踪显示流程图。图6是本专利技术的参数设置流程图。图7是本专利技术的信号处理流程图。具体实施例方式参见图2、图3，本专利技术实施例数字式光学膜厚控制仪设置有测量放大器1、参考放大器2、测量滤波器3、参考滤波器4、A/D模块5、嵌入式计算机系统6、触摸键盘7、LCD液晶显示器8、LED数码管显示器9、开关10、存储器11和通讯接口12，测量放大器1与测量信号和测量滤波器3连接，参考放大器2与参考信号和参考滤波器4连接，测量滤波器3、参考滤波器4均与A/D模块5连接，嵌入式计算机系统6与A/D模块5、触摸键盘7、LCD液晶显示器8、LED数码管显示器9、开关10、存储器11和通讯接口12连接，LED数码管显示器9用于显示光量值，LCD液晶显示器8用于显示初始光量值、实际光量值、反(透)射率、镀膜时间、材料折射率和镀膜曲线等，所述嵌入式计算机系统6中设置有软件程序，根据初始设定值和触摸键盘7输入进行控制、跟踪显示、参数设置和通讯。本专利技术还可以对数据进行存储，经触摸键盘7将历史数据送LCD液晶显示器8显示，提供本专利技术的数据存储和查阅，或者通过通讯接口12来和上位机进行通讯，以便对工艺数据管理分析。参见图4，本专利技术所述控制是运用计算机优化技术对参考信号和测量信号进行信号处理，对一段时间内采集到的数据进行曲线拟合，得到信号的整体变化趋本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种数字式光学膜厚控制仪，包括放大器、滤波器、Ａ／Ｄ模块、嵌入式计算机系统、键盘、显示器、开关、存储器和通讯接口，放大器与参考信号、测试信号以及滤波器连接，滤波器与Ａ／Ｄ模块连接，嵌入式计算机系统与Ａ／Ｄ模块、键盘、显示器、开关、存储器和通讯接口连接，其特征在于：所述嵌入式计算机系统中设置有软件程序，根据初始设定值和键盘输入进行控制、跟踪显示、参数设置和通讯。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：郑睿敏，郑睿韬，赵志跃，
申请(专利权)人：郑睿敏，郑睿韬，
类型：发明
国别省市：86[中国|杭州]