一种晶片角度分选仪的制作方法

本发明属于晶片角度检测领域，具体涉及一种晶片角度分选仪。

背景技术：

目前晶体厂家都有相当数量的x射线定向仪，用于人工对晶片角度检测与分选，效率低且测量精度受人为因素影响较大。而全自动晶片角度分选仪器价格较高，在现有x射线定向仪基础上改进升级是大多数厂家首选，cn201716011u公开的就是一种改进的x射线定向仪，这种改进仅消除了晶片角度检测时的人为因素影响，无法完成流水作业时不同角度晶片分档。

技术实现要素：

本发明针对现有技术的不足，提供一种价格低廉、性能优良、使用稳定、无人为因素干扰、精度高，适合流水作业、效率高、降低生产成本的晶片角度

分选仪，本发明晶片角度分选仪，包括如下组成部分：

旋转编码器，通过连轴器同轴固定在x射线定向仪蜗杆的一端，x射线定向仪蜗杆的另一端与步进电机相连，步进电机替代摇手用于驱动x射线定向仪蜗杆旋转，即x射线定向仪蜗杆旋转一方面通过蜗轮带动工件台旋转扫描晶片角度，另一方面带动另一端的旋转编码器旋转；旋转编码器与plc的第一输入端采用双相双计数方式相连接；

启动开关，启动开关与plc的第二输入端相连；

ad模块，用于将x射线定向仪电流表头放大电路采集来的模拟信号转换为数字信号，ad模块的输入端与放大电路相连，输出端与plc的第三输入端相连；

plc，plc的第一输出端与人机界面通过rs-232电缆双向通信；所述plc的第二输出端与步进电机驱动器的输入端相连；

人机界面，用于晶片角度测量值显示、角度参数设置和机器校准；

步进电机驱动器，用于控制步进电机的转动速度、转动方向和转动步数；

步进电机，步进电机与步进电机驱动器的输出端相连；

放大电路，用于为x射线定向仪电流表头采集模拟信号。

作为本发明的优选，旋转编码器的型号为欧姆龙e6b2-cwz6c,其直流供电电压为5v-24v，每转输出脉冲数为1800个。在测试晶片角度时精度达到“″”（秒）级。

作为本发明的优选，启动开关选取价格低廉、使用寿命长的型号为fs-1型的开关。

作为本发明的优选，ad模块的型号为三菱fx1n-2ad-bd。ad模块的输入信号取至x射线定向仪微安表的表头,搜寻晶片角度时其电压变化范围为0～2v,属ad模块的输入电压范围，可直接采样而无须作分压处理。

作为本发明的优选，plc的型号为三菱fx1n-24mt-001晶体管输出型。可对旋转编码器a相及b相（对应x0，x1输入端子）高速动作计数；可提供2路高频脉冲输出信号（对应y0，y1输出端子）。

作为本发明的优选，人机界面选用价格便宜，分辩率高的威纶mt6070ih触摸屏。

综上所述本发明的有益效果：一、采用本发明所述的技术方案设计的元器件价格便宜、性能优良、使用稳定。二、在使用过程中启动晶片角度测试时，按设定的分选范围即搜寻范围，步进电机旋转搜寻晶片角度，角度值由旋转编码器实时传递给plc；同时x射线定向仪发射的x射线经被测晶片衍射至接受端，产生模拟电信号，模拟电信号与接受x射线量呈正比，ad模块实时采集x射线定向仪放大电路的模拟信号并转换成数字信号传递给plc，当采集模拟信号为最大值时，plc程序认定此时的角度为晶片角度，并将角度值保留并在人机界面以晶片角度显示。其中晶片角度搜寻由步进电机完成，晶片角度由plc程序认定，无人为因素干扰，效率高。三、plc程序内设有10档晶片角度临界限值，plc程序自动将晶片测试角度与10档晶片角度临界限值比较归档，并将归档结果在人机界面显示，操作人员只要按人机界面显示的分档结果将测试的晶片放入相应的料斗即可，精度高，适合流水作业时不同角度的晶片自动分选，降低生产成本。

附图说明

图1为本发明晶片角度分选仪控制系统的原理图；

图2为旋转编码器、步进电机与x射线定向仪蜗杆的连接示意图；

其中，10旋转编码器，11联轴器，12x射线定向仪蜗杆，20启动开关，30ad模块，40plc，50人机界面，60步进电机，70步进电机，80放大电路。

具体实施方式

本发明一种晶片角度分选仪，包括如下组成部分：旋转编码器10通过连轴器11同轴固定在x射线定向仪蜗杆12的一端，x射线定向仪蜗杆12的另一端与步进电机70相连；旋转编码器10与plc的第一输入端采用双相双计数方式相连接，旋转编码器的型号为欧姆龙e6b2-cwz6c,其直流供电电压为5v-24v，每转输出脉冲数为1800个；启动开关20，启动开关20与plc的第二输入端相连，启动开关的型号为fs-1型；ad模块30，用于将x射线定向仪电流表头放大电路采集来的模拟信号转换为数字信号，ad模块30的输入端与放大电路80相连，ad模块30输出端与plc的第三输入端相连，ad模块的型号为三菱fx1n-2ad-bd；plc的第一输出端与人机界面50通过rs-232电缆双向通信；plc的第二输出端与步进电机驱动器60的输入端相连，plc的型号为三菱fx1n-24mt-001晶体管输出型；人机界面50，用于晶片角度测量值显示、角度参数设置和机器校准，人机界面50的型号为威纶mt6070ih触摸屏；步进电机驱动器60，用于控制步进电机70的转动速度、转动方向和转动步数；步进电机70与步进电机驱动器60的输出端相连；放大电路80，用于为x射线定向仪电流表头采集模拟信号。

下面结合实际操作从如下两方面对本发明做进一步说明：

一．功能介绍

1.x射线定向仪工作原理：

高压变压器产生的高电压加在x射线管上产生x射线，照射到样品上产生衍射，衍射线被计数管接收产生微弱电信号，通过放大电路放大后用微安表把它显示出来。搜寻晶片角度时微安表的表头经历由小变大再由大变小的过程。

2.本例人机界面主要设置参数有：

2.1标准角度（θ标准角度）:以“°”（度）“′”（分）“″”（秒）形式设置，最大设置值59°59′59″。

2.2分选范围(搜寻范围):以“″”（秒）形式设置，设置范围为±600″。

2.3分档跨度(θ分档跨度):以“″”（秒）形式设置，设置范围为±60″。

2.4基准偏移（θ基准偏移）:以“″”（秒）形式设置，设置范围为±600″。

3.本例人机界面主要显示参数有：

3.1中心角度：为标准角度与基准偏移之和，以“°”（度）“′”（分）“″”（秒）形式显示。

3.2偏移角度：为旋转编码器输出的相对角度（有正负），以“°”（度）“′”（分）“″”（秒）形式显示。

3.3当前角度:为标准角度与偏移角度之和，以“°”（度）“′”（分）“″”（秒）形式显示。

3.4晶片角度:为ad模块当采集模拟信号为最大值时当前角度，程序自动保留，下次启动测试时自动清除。以“°”（度）“′”（分）“″”（秒）形式显示。

3.510档分档角度及数量:显示10档临界角度及流水测试时每档晶片数量。其中10档临界角度根据设置不同的标准角度、分档跨度、基准偏移由plc程序自动更新，晶片数量由“清零”触摸键清除。

3.6流水测试时10档晶片数量分布图及百分比。

4.本例10档晶片角度临界限值计算：θ标准角度+θ基准偏移=θ中心角度

1档角度范围：θ≤θ中心角度-4θ分档跨度

2档角度范围：θ中心角度-4θ分档跨度＜θ≤θ中心角度-3θ分档跨度

3档角度范围：θ中心角度-3θ分档跨度＜θ≤θ中心角度-2θ分档跨度

4档角度范围：θ中心角度-2θ分档跨度＜θ≤θ中心角度-1θ分档跨度

5档角度范围：θ中心角度-1θ分档跨度＜θ≤θ中心角度

6档角度范围：θ中心角度＜θ≤θ中心角度+1θ分档跨度

7档角度范围：θ中心角度+1θ分档跨度＜θ≤θ中心角度+2θ分档跨度

8档角度范围：θ中心角度+2θ分档跨度＜θ≤θ中心角度+3θ分档跨度

9档角度范围：θ中心角度+3θ分档跨度＜θ≤θ中心角度+4θ分档跨度

10档角度范围：θ中心角度+4θ分档跨度＜θ

二．以角度为13°20′13″标准晶片为例说明仪器使用过程：（注：x射线定向仪使用未作说明）

1.参数设置，本例在人机界面“参数设置”画面中分别输入：

标准角度：13°20′13″；分选范围：300″；分档跨度：15″；基准偏移：0″等参数后，10档晶片角度临界限值会自动出现在“测试画面”。

2.机器校准，将标准晶片放在真空吸气工件放置台上。

在人机界面“机器校准”画面中反复按“电机正转”或“电机反转”触摸键启动步进电机旋转以便搜寻标准晶片的角度，步进电机带动x射线定向仪蜗杆旋转。

x射线定向仪蜗杆12旋转一方面带动旋转编码器10旋转，旋转编码器10搜寻的角度值实时传递给plc；旋转编码器的a相、b相采用双相双计数方式分别与plc的输入点x0，x1连接，plc内置高速计数器c251对x0（a相）、x1（b相）输入的脉冲计数，3600个脉冲对应角度的1°，当a相超前b相为正角度，当b相超前a相为负角度。plc内置高速计数器c251数据实时传递给数据寄存器d130。

x射线定向仪蜗杆12旋转另一方面通过蜗轮带动工件放置台旋转，垂直放置的标准晶片旋转到一定角度时，其对x射线定向仪发射的x射线衍射至接受端，产生的模拟电信号足以被ad模块采集，ad模块将采集的模拟电信号转换成数字信号后传递给plc，plc将ad模块传递过来的数字信号存储在专用数据寄存器d8112中供plc程序调用。

当标准晶片角度搜寻时模拟电信号经历由小变大再由大变小的过程，即出现x射线衍量最大时，按“校准确认”触摸键，此时，一方面plc内置高速计数器c251数据及数据寄存器d130清零，即旋转编码器相对角度为零，而此时的工件放置台相对于x射线发射源的角度为零点位；另一方面步进电机反向旋转300″回到分选起点-300″；机器校准结束，取下标准晶片。

3．流水测试。逐一将参照本标准晶片加工的批量晶片放入工件放置台上，启动开关，plc控制进电机在设定的±300″分选范围内搜寻被测晶片的角度，当采集模拟信号为最大值时，plc程序认定此时的角度为晶片角度，plc程序将晶片角度值保留在数据寄存器d140内。

plc程序一方面将数据寄存器d140数据传递给人机界面以“°”（度）“′”（分）“″”（秒）形式显示。

plc程序另一方面将d140数据分别与10档晶片角度临界限值比较，当d140数据属于某档临界限值内时，该档计数增加一个，且画面上该档以反色显示，操作人员只要按人机界面反色显示的分档结果将测试的晶片放入相应的料斗即可。

批量晶片测试时，每档晶片数量、10档晶片数量分布图及百分比均在画面上实时显示；批量晶片测试结束时，可按“清零”触摸键清除。

采用本发明所述的技术方案设计的元器件价格便宜、性能优良、使用稳定。在使用过程中启动晶片角度测试时，按设定的分选范围即搜寻范围，步进电机旋转搜寻晶片角度，角度值由旋转编码器实时传递给plc；同时x射线定向仪发射的x射线经被测晶片衍射至接受端，产生模拟电信号，模拟电信号与接受x射线量呈正比，ad模块实时采集x射线定向仪放大电路的模拟信号并转换成数字信号传递给plc，当采集模拟信号为最大值时，plc程序认定此时的角度为晶片角度，并将角度值保留并在人机界面以晶片角度显示。晶片角度搜寻由步进电机完成，晶片角度由plc程序认定，无人为因素干扰，效率高。plc程序内设有10档晶片角度临界限值，plc程序自动将晶片测试角度与10档晶片角度临界限值比较归档，并将归档结果在人机界面显示，操作人员只要按人机界面显示的分档结果将测试的晶片放入相应的料斗即可，精度高，适合流水作业时不同角度的晶片自动分选，降低了生产成本。