[發(fā)明專利]一種間歇式光學(xué)監(jiān)控信號(hào)同步采樣方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011596342.6
• 申請(qǐng)日: 2020-12-29
• 公開（公告）號(hào): CN112783078A
• 公開（公告）日: 2021-05-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馬孜;馬卓爾;姚德武;鄭環(huán)其
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西南技術(shù)物理研究所
• 主分類號(hào): G05B19/05
• 分類號(hào): G05B19/05;G01B11/06;G05D5/03
• 代理公司: 中國(guó)兵器工業(yè)集團(tuán)公司專利中心 11011
• 代理人: 張然

本發(fā)明涉及一種間歇式光學(xué)監(jiān)控信號(hào)同步采樣方法，其中，包括：以工件轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)上安裝的旋轉(zhuǎn)編碼器過(guò)零點(diǎn)Z信號(hào)作為一個(gè)間歇式周期的啟動(dòng)信號(hào)，以A相信號(hào)作為采樣周期的同步信號(hào)，實(shí)現(xiàn)光量值信號(hào)的模數(shù)轉(zhuǎn)換；一個(gè)全采樣工作周期內(nèi)，PLC采集使能信號(hào)、Z信號(hào)、采集周期信號(hào)以及A相信號(hào)之間的時(shí)序匹配；A相信號(hào)的周期取決于工轉(zhuǎn)的最大轉(zhuǎn)速30轉(zhuǎn)/min和旋轉(zhuǎn)編碼器的分辨率，數(shù)字量和模擬轉(zhuǎn)換時(shí)間小于PLC單次掃描時(shí)間，PLC掃描時(shí)間小于A相周期時(shí)間；在采樣周期內(nèi)對(duì)遮擋時(shí)間內(nèi)暗信號(hào)進(jìn)行采集，在上位機(jī)上對(duì)暗信號(hào)和光信號(hào)分別進(jìn)行平均，并將暗信號(hào)作為噪聲進(jìn)行扣除；在對(duì)暗信號(hào)和光信號(hào)間，采用二次拉格朗日插值進(jìn)行內(nèi)插數(shù)據(jù)，保證顯示和計(jì)算的連續(xù)性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光學(xué)薄膜的鍍制工藝裝備制造的核心技術(shù)，特別涉及一種間歇式光學(xué)監(jiān)控信號(hào)同步采樣方法。

背景技術(shù)

隨著數(shù)碼技術(shù)的發(fā)展，光學(xué)薄膜在這些產(chǎn)品中得到了廣泛的應(yīng)用，為了達(dá)到光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的能量、波長(zhǎng)等技術(shù)要求，系統(tǒng)中光路所經(jīng)過(guò)的光學(xué)元件一般都需要鍍制光學(xué)薄膜。所謂光學(xué)薄膜，是指選取不同光學(xué)折射率的鍍膜材料，使用物理或化學(xué)沉積的方法將不同膜料按光學(xué)原理計(jì)算好的厚度和順序沉積在待鍍膜元件的表面，使元件最終獲得具有系統(tǒng)要求的光學(xué)性能。目前在照相機(jī)、手機(jī)中用到了鏡頭的可見光減反射膜，傳感器前的短波通濾光片，人臉識(shí)別用的低角度效應(yīng)窄帶濾光片，5G光通訊所需的超窄帶濾光片和各種濾光片，這些光學(xué)元件的年產(chǎn)量達(dá)到數(shù)十億件，爆發(fā)式增長(zhǎng)對(duì)光學(xué)薄膜的工藝設(shè)備需求也不斷增長(zhǎng)，對(duì)真空鍍膜機(jī)的成品率和控制精度也提出了新要求。光學(xué)薄膜的實(shí)際制作時(shí)，會(huì)將要鍍膜的工件置于待蒸發(fā)的膜料上方的工件載盤中。薄膜的厚度通過(guò)監(jiān)測(cè)監(jiān)控片的透射或反射光信號(hào)的強(qiáng)度隨膜料沉積厚度的變化來(lái)控制鍍膜進(jìn)程，這種方法即為常用的光學(xué)監(jiān)控法，優(yōu)點(diǎn)是參考波長(zhǎng)穩(wěn)定，膜系不會(huì)漂移，但這種光學(xué)監(jiān)控系統(tǒng)在國(guó)產(chǎn)機(jī)上很不成熟。石英晶體膜厚監(jiān)控法的特點(diǎn)是可以監(jiān)控任意厚度的膜系，每層的誤差是獨(dú)立累加的，但該方法是間接測(cè)量法，隨真空度和溫度變化，對(duì)鍍膜機(jī)的穩(wěn)定性要求更高。

膜厚控制系統(tǒng)分為石英晶振膜厚控制系統(tǒng)和光學(xué)膜厚控制系統(tǒng)，目前國(guó)內(nèi)外均以美國(guó)英福康公司的IC6、XTC3、SQC310三個(gè)系列為主，國(guó)內(nèi)上海膜林公司已仿制處類似產(chǎn)品，使用上差距不大。但石英晶控控制的是膜層的物理厚度，在膜層折射率和聚集密度(事實(shí)上鍍膜機(jī)的折射率很難重復(fù))發(fā)生變化時(shí)，中心波長(zhǎng)會(huì)漂移，在批產(chǎn)中是很大的問(wèn)題，影響了產(chǎn)品的成品率，這也是國(guó)產(chǎn)鍍膜機(jī)價(jià)格僅為同類型進(jìn)口機(jī)25％的主要原因之一(另一個(gè)為離子源)，膜厚的光學(xué)監(jiān)控技術(shù)是光學(xué)薄膜工藝裝備-鍍膜機(jī)的核心技術(shù)。

近年來(lái)，圍繞薄膜的光學(xué)監(jiān)控技術(shù)，國(guó)內(nèi)發(fā)表了很多文章，形成了數(shù)十個(gè)專利，這些專利分為幾種類型：

第一類是采用橢偏法監(jiān)控的，如專利[15]，這種方法的準(zhǔn)確度高，但計(jì)算復(fù)雜，迭代多，實(shí)時(shí)性不強(qiáng)，超過(guò)6層膜時(shí)橢偏法模型有可能失配，變?yōu)閿?shù)學(xué)解。

第二類是采用寬帶光譜監(jiān)控的，如專利[16]、[20]，北京歐普特公司近年來(lái)銷售了約40套寬光譜光學(xué)監(jiān)控裝置，但都是手動(dòng)的，主要用于寬帶減反射膜。

第三類主流的是單波長(zhǎng)光學(xué)監(jiān)控系統(tǒng)，國(guó)外高精度鍍膜機(jī)如德國(guó)萊寶的OMS5000系列和日本光馳的HOM系列產(chǎn)品均采用單波長(zhǎng)高精度光控，其特點(diǎn)為保證膜層的監(jiān)控精度，自行研制了高精度的信號(hào)處理模塊為核心的光學(xué)膜厚監(jiān)控系統(tǒng)，光量值精度為±0.01-0.03％，基本解決了光學(xué)厚度的監(jiān)控問(wèn)題；國(guó)內(nèi)由于技術(shù)原因，無(wú)法研制出相應(yīng)的光學(xué)膜厚控制系統(tǒng)，以南光機(jī)器廠9704型鎖相放大器為核心的光學(xué)監(jiān)控系統(tǒng)精度近10多年來(lái)難以突破，光量值精度約為±0.3％，無(wú)法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，不得已95％以上國(guó)產(chǎn)鍍膜機(jī)采用全自動(dòng)晶控自動(dòng)鍍膜機(jī)，其余為手動(dòng)光控方式工作。

專利[1]-[5]、[7]、[26]-[28]等9項(xiàng)專利均集中在不同的監(jiān)控片安裝結(jié)構(gòu)、光路系統(tǒng)和透鏡系統(tǒng)上。

專利[4]、[6]、[10]、[11]、[14]、[17]、[24]、[25]等8項(xiàng)專利描述了包括監(jiān)控光路系統(tǒng)、單色儀、探測(cè)器、鎖相放大器和上位機(jī)信號(hào)處理系統(tǒng)，基本上都是采用計(jì)算機(jī)直接采集信號(hào)。