[發明專利]一種三軸微振實時在線測量系統及方法

在審

• 申請號: 202010084519.8
• 申請日: 2020-02-10
• 公開（公告）號: CN111238631A
• 公開（公告）日: 2020-06-05
• 發明（設計）人: 孫長庫;余才志;王鵬
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01H11/08
• 分類號: G01H11/08
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 程毓英

本發明涉及一種三軸微振實時在線測量系統，包括：測量部分(10)、采集處理部分(20)和顯示操作部分(30)，測量部分(10)由三個加速度傳感器和一個測量底座(14)組成；三個加速度傳感器中的兩個分別位于測量底座(14)突出部分的兩側，第三個位于測量底座(14)上表面。本發明同時提供一種使用上述在線測量系統實現的測量方法，三個加速度傳感器分別用來測量南北軸方向、東西軸方向和垂直軸方向的振動，測量底座置于需要進行微振動測試的設備平臺表面，三個加速度傳感器產生的三路電壓信號分別對應于測量底座的三個方向微振動響應，微型計算機模塊用于分析被測平臺的微振動特性，實現長時間在線測量。

技術領域

本發明涉及一種X、Y、Z三軸微振實時在線測量系統，可用于對半導體設備廠房素地微振測量及隔振平臺的微振動進行三方向同步在線測量。

背景技術

自20世紀90年代起，半導體、光電及通信等行業迅速發展，精密設備的需求快速上升。與此同時，隨著精密設備加工與測量精度的不斷提高，半導體芯片越做越小，半導體微結構的超精密加工除了要求恒溫、恒濕和無塵潔凈度的環境之外，若環境的振動不達標，振動將導致精密的生產設備和檢測設備無法正常工作。精密加工過程中的環境振動成為影響加工和檢測精度的一個重要因素，對于環境振動的檢測開始成為精密加工技術研究的重要組成部分。

在半導體微電子廠房設計中，從選址到生產設備安裝平臺的結構在設計方案過程中皆要考慮環境振動問題，半導體精密電子元器件的制造及生產環境，如果無法完善解決振動的問題，對于精密生產設備本身的正常運行及產品的良率會造成很大的影響，甚至導致投入巨大的半導體廠房無法量產芯片。因此環境的振動測量和分析成為半導體制造生產行業的必備條件。

針對半導體微電子廠房的素地微振動測量及隔振平臺的實時測量需求，微振測量系統將采集到的振動數據進行實時處理及評估，實現對精密生產和檢測環境進行實時測量。目前，國內外尚未見有關三軸微振實時在線測量方法及系統的文獻報導。

發明內容

因此，鑒于半導體廠房素地和隔振平臺的振動測量及分析在半導體生產過程中的重要性，本發明的主要目的是提供一種X、Y、Z三軸微振實時在線測量方法及系統，通過多線程并行技術實現三軸微振同步并行采集，以及三通道數據的并行處理及顯示。通過對加速度時域頻域的分析得到精密設備運行時外部環境的微振動等級，根據半導體產品制造時間及產品合格率的關系結合測量到的環境振動情況進行對比跟蹤分析，可以用來判斷環境振動對產品生產合格率的影響。本發明要實現上述技術目的所采用的技術方案是：

一種三軸微振實時在線測量系統，包括：測量部分10、采集處理部分20和顯示操作部分30；測量部分10由三個加速度傳感器和一個測量底座14組成；三個加速度傳感器中的兩個分別位于測量底座14突出部分的兩側，第三個位于測量底座14上表面；采集處理部分20包括三通道采集模塊21、并行控制傳輸模塊22、后面板23、微型計算機模塊24；三通道采集模塊21內部包含三個相互獨立的通道，每個通道包括依次連接的模擬放大模塊、繼電器及隔離保護模塊和模數轉換模塊，每個通道與一個加速度傳感器相連；并行控制傳輸模塊22包括三個控制模塊、存儲模塊、處理器模塊及同步傳輸模塊，能夠同時控制三通道采集模塊中的三個獨立通道進行數據采集轉換，完成數據的初步鎖存及同步傳輸；微型計算機模塊24采用多線程并行技術，在接收并行控制傳輸模塊22傳輸數據的同時，完成三通道數據的并行計算處理及存儲；顯示操作部分30包含系統控制面板31、系統狀態面板32、振動數據顯示33、參數設置面板34、振動時域顯示面板35和振動頻域顯示面板36，在提供人機交互界面操作的同時，實時顯示振動采集結果和微型計算機模塊24的計算結果。

優選地，所述測量底座14由無拼接一體化的不銹鋼制成，并且外部包有防靜電噴涂的不銹鋼外殼，所述三個加速度傳感器均通過不銹鋼螺釘與測量底座14剛性連接。

所述采集處理部分20的框架采用鋁合金材質，并且外部包有防靜電噴涂的不銹鋼外殼。