本發(fā)明屬于單晶材料加工領(lǐng)域，具體涉及一種多功能X射線定向儀及方法。

背景技術(shù)：

采用X射線衍射技術(shù)對單晶材料進行無損檢測是工業(yè)上一種常用的技術(shù)手段，通過單晶晶片對X射線的衍射，可以得到待測晶片的特征曲線，基于該特征曲線就可以分析得到待測晶片的品質(zhì)特征參數(shù)。

目前，用于各單晶材料無損檢測的X射線定向儀是各自獨立的，呈現(xiàn)“一機一片”現(xiàn)象，儀器自動化水平不高，如何智能判斷單晶材料缺陷類型的問題亟待解決；各單晶材料檢測的數(shù)據(jù)相互獨立，沒有建立相互借鑒、參考，隨著數(shù)據(jù)融合技術(shù)的發(fā)展，通過某種單晶材料的相關(guān)數(shù)據(jù)推測另一種單晶材料相關(guān)特征也應(yīng)提上日程。目前X射線探測器接收信號比較弱，雜波較多，隨著設(shè)備精度要求的提高，X射線探測器的穩(wěn)定度亟待提高。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提供了一種多功能X射線定向儀及方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案：

一種多功能X射線定向儀，包括：

工作臺、防輻射保護罩、X射線發(fā)生系統(tǒng)、衍射線接收系統(tǒng)、晶體樣品旋轉(zhuǎn)臺和計算機控制系統(tǒng)；

所述工作臺上方設(shè)有防輻射保護罩；

所述X射線發(fā)生系統(tǒng)包括：X射線用高壓電源、X射線發(fā)生器支架、X射線發(fā)生器和單色器，X射線用高壓電源設(shè)置在工作臺下方，并與X射線發(fā)生器連接，X射線發(fā)生器通過X射線發(fā)生器支架固定在工作臺上，單色器固定在X射線發(fā)生器上，使X射線發(fā)生器發(fā)出射線照射在單色器上，且經(jīng)過單色器過濾的X射線能夠照射在晶片樣品旋轉(zhuǎn)臺上待測晶片的中心；

所述衍射線接收系統(tǒng)包括閃爍探測器、閃爍探測器支架和信號調(diào)理模塊，用于接收待測晶片衍射的X射線的閃爍探測器通過閃爍探測器支架固定在工作臺上，閃爍探測器與信號調(diào)理模塊連接，信號調(diào)理模塊放置于工作臺下方；

所述晶體樣品旋轉(zhuǎn)臺包括步進電機、步進電機驅(qū)動裝置、轉(zhuǎn)動軸、手輪、樣品放置臺、抽氣機和螺栓，步進電機及步進電機驅(qū)動裝置設(shè)置于工作臺下方，步進電機驅(qū)動裝置與步進電機相連，步進電機通過轉(zhuǎn)動軸與樣品放置臺相連，手輪與轉(zhuǎn)動軸相連，樣品放置臺通過螺栓固定在轉(zhuǎn)動軸上，抽氣機與樣品放置臺連接；

所述計算機控制系統(tǒng)包括采樣器、PLC控制模塊、工業(yè)用PC機，采樣器的采樣端與信號調(diào)理模塊相連接，采樣器的輸出端與PLC控制模塊輸入端相連接，PLC控制模塊輸出端與步進電機驅(qū)動裝置相連，工業(yè)用PC機與PLC控制模塊相連。

所述樣品放置臺包括臺架和氣孔墻，臺架通過螺栓固定在轉(zhuǎn)動軸上，樣品放置臺可通過拆卸螺栓進行更換，氣孔墻中的氣孔與抽氣機相連，氣孔墻跟盛放的待測晶片形狀相同。

所述樣品放置臺臺架與氣孔墻夾角為90°或臺架與氣孔墻之間設(shè)有斜度調(diào)節(jié)栓，臺架與氣孔墻之間夾角可調(diào)。

根據(jù)多功能X射線定向儀進行晶體缺陷識別的方法，包括如下步驟：

步驟1：將待測晶片放置在樣品放置臺上；

步驟2：X射線發(fā)生器發(fā)射X射線；

步驟3：閃爍探測器采集待測晶片衍射的X射線，并將X射線的強度轉(zhuǎn)換成脈沖頻率信號后，發(fā)送給信號調(diào)理模塊；

步驟4：信號調(diào)理模塊將閃爍探測器輸出的脈沖頻率信號進行放大濾波整形，并進行頻壓轉(zhuǎn)換處理后，發(fā)送給采樣器；

步驟5：采樣器將接收到的信號調(diào)理模塊輸出的電壓模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量即峰形數(shù)據(jù)，發(fā)送給PLC控制模塊；

步驟6：通過工業(yè)用PC機設(shè)定待測晶體的名稱、待測晶體的本次測量面、待測晶體的理論峰值角度和本次測量的掃描角度范圍，并發(fā)送給PLC控制模塊；

步驟7：PLC控制模塊通過步進電機驅(qū)動裝置驅(qū)動樣品放置臺旋轉(zhuǎn)，同時，PLC控制模塊將接收到的采樣器發(fā)送的峰形數(shù)據(jù)發(fā)送給工業(yè)用PC機；

步驟8：如果待測晶片為未知晶體，則執(zhí)行步驟9，否則，執(zhí)行步驟10；

步驟9：工業(yè)用PC機計算每種晶體知識庫缺陷樣本中與待測晶體的匹配缺陷樣本，并將匹配缺陷樣本進行數(shù)據(jù)融合，得到該待測晶體的知識庫缺陷樣本；所述每種晶體知識庫中包含該種晶體的不同缺陷類型的峰形數(shù)據(jù)即缺陷樣本；

步驟9-1：提取第i種晶體知識庫缺陷樣本與待測晶片峰形數(shù)據(jù)構(gòu)成初始矩陣；

步驟9-2：對初始矩陣使用模糊聚類分析得到模糊等價矩陣：

步驟9-3：根據(jù)模糊等價矩陣得到晶體知識庫缺陷樣本中與待測晶體的峰形數(shù)據(jù)相似度最高的缺陷樣本，得到待測晶體與第i種晶體的匹配缺陷樣本，即目標(biāo)類；

步驟9-4：重復(fù)以上過程，直到對所有晶體種類的知識庫中缺陷樣本進行匹配，得到待測晶體與所有晶體種類的目標(biāo)類；

步驟9-5：用得到的目標(biāo)類構(gòu)建目標(biāo)類矩陣，對目標(biāo)類矩陣中元素進行信度分配，并計算信度函數(shù)；

步驟9-6：根據(jù)DS證據(jù)融合規(guī)則對信度函數(shù)進行數(shù)據(jù)融合，融合后的基本信度函數(shù)Bel為：

Bel＝(M₁,M₂,…,M_j，…，M_n)

其中，M_j為第j個目標(biāo)類的信任概率；

步驟9-7：根據(jù)目標(biāo)類及其信任概率，計算得到融合后的未知晶體的知識庫缺陷樣本；

步驟9-8：為未知晶體建立新的晶體知識庫，并將未知晶體的知識庫缺陷樣本放入新的晶體知識庫中。

步驟10：計算待測晶體所屬種類的晶體知識庫缺陷樣本中與待測晶體峰形數(shù)據(jù)的最大相似度值，并根據(jù)最大相似度值確定待測晶體缺陷類型或建立新的晶體缺陷樣本：

步驟10-1：提取與待測晶體相同種類的晶體知識庫缺陷樣本；

步驟10-2：利用待測晶體峰形數(shù)據(jù)和待測晶體所屬種類的晶體知識庫缺陷樣本構(gòu)成初始矩陣；

步驟10-3：對初始矩陣使用模糊聚類分析得到模糊等價矩陣：

步驟10-4：根據(jù)模糊等價矩陣計算待測晶體所屬種類的晶體知識庫缺陷樣本中與待測晶體峰形數(shù)據(jù)相似度的最大值λ^*；

步驟10-5：規(guī)定閾值λ，若λ^*≥λ，則待測晶體所屬缺陷類型為與待測晶體峰形數(shù)據(jù)相似度最大的缺陷樣本所屬的缺陷類型；若λ^*<λ，則將該峰形數(shù)據(jù)做為新的缺陷樣本放入該晶體知識庫中。

根據(jù)多功能X射線定向儀進行不同晶體特征測定的方法，包括如下步驟：

步驟1：將待測晶片放置在樣品放置臺上；

步驟2：X射線發(fā)生器發(fā)射X射線；

步驟3：閃爍探測器采集待測晶片衍射的X射線，并將X射線的強度轉(zhuǎn)換成脈沖頻率信號后，發(fā)送給信號調(diào)理模塊；

步驟4：信號調(diào)理模塊將閃爍探測器輸出的脈沖頻率信號進行放大濾波整形，并進行頻壓轉(zhuǎn)換處理后，發(fā)送給采樣器；

步驟5：采樣器將接收到的信號調(diào)理模塊輸出的電壓模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量即峰形數(shù)據(jù)，發(fā)送給PLC控制模塊；

步驟6：通過工業(yè)用PC機設(shè)定待測晶體的名稱、待測晶體的本次測量面、待測晶體的理論峰值角度和本次測量的掃描角度范圍，并發(fā)送給PLC控制模塊；

步驟7：PLC控制模塊通過步進電機驅(qū)動裝置驅(qū)動樣品放置臺旋轉(zhuǎn)，同時，PLC控制模塊將接收到的采樣器發(fā)送的峰形數(shù)據(jù)發(fā)送給工業(yè)用PC機；

步驟8：工業(yè)用PC機根據(jù)PLC控制模塊發(fā)送峰形數(shù)據(jù)得到峰形曲線；

步驟9：修正峰形曲線，并消除峰形曲線角度誤差，得到標(biāo)準(zhǔn)峰形曲線；

步驟10：根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)峰形曲線提取特征，并進行存儲和顯示。

利用多功能X射線定向儀進行手動定向測定的方法，包括如下步驟：

步驟1：將待測晶片放置在樣品放置臺上；

步驟2：X射線發(fā)生器發(fā)射X射線；

步驟3：閃爍探測器采集待測晶片衍射的X射線，并將X射線的強度轉(zhuǎn)換成脈沖頻率信號后，發(fā)送給信號調(diào)理模塊；

步驟4：信號調(diào)理模塊將閃爍探測器輸出的脈沖頻率信號進行放大濾波整形，并進行頻壓轉(zhuǎn)換處理后，發(fā)送給采樣器；

步驟5：采樣器將接收到的信號調(diào)理模塊輸出的電壓模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量即峰形數(shù)據(jù)，發(fā)送給PLC控制模塊；

步驟6：手動搖動手輪控制樣品放置臺旋轉(zhuǎn)，同時，PLC將接收到的采樣器發(fā)送的峰形數(shù)據(jù)發(fā)送給工業(yè)用PC機；

步驟7：工業(yè)用PC機根據(jù)PLC控制模塊發(fā)送峰形數(shù)據(jù)得到峰形曲線；

步驟8：判斷峰形曲線是否達到最大值，是，消除峰形曲線角度誤差，并執(zhí)行步驟9，否則，返回步驟6，繼續(xù)搖動手輪；

步驟9：根據(jù)峰形曲線提取特征，并進行存儲和顯示。

利用多功能X射線定向儀進行獲取角度誤差的方法，包括如下步驟：

步驟1：將已知標(biāo)準(zhǔn)角度的晶片放置在樣品放置臺上；

步驟2：X射線發(fā)生器發(fā)射X射線；

步驟3：閃爍探測器采集待測晶片衍射的X射線，并將X射線的強度轉(zhuǎn)換成脈沖頻率信號后，發(fā)送給信號調(diào)理模塊；

步驟4：信號調(diào)理模塊將閃爍探測器輸出的脈沖頻率信號進行放大濾波整形，并進行頻壓轉(zhuǎn)換處理后，發(fā)送給采樣器；

步驟5：采樣器將接收到的信號調(diào)理模塊輸出的電壓模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量即峰形數(shù)據(jù)，發(fā)送給PLC控制模塊；

步驟6：通過工業(yè)用PC機設(shè)定待測晶體的名稱、待測晶體的本次測量面、待測晶體的理論峰值角度和本次測量的掃描角度范圍，并發(fā)送給PLC控制模塊；

步驟7：PLC控制模塊通過步進電機驅(qū)動裝置驅(qū)動樣品放置臺旋轉(zhuǎn)或手動控制樣品放置臺旋轉(zhuǎn)，同時，PLC控制模塊將接收到的采樣器發(fā)送的峰形數(shù)據(jù)發(fā)送給工業(yè)用PC機；

步驟8：工業(yè)用PC機根據(jù)PLC控制模塊發(fā)送峰形數(shù)據(jù)得到峰形曲線；

步驟9：計算峰形曲線達到最大值時對應(yīng)的角度與晶片標(biāo)準(zhǔn)角度之差，即為角度誤差。

有益效果：本發(fā)明的一種多功能X射線定向儀及方法與現(xiàn)有技術(shù)相比較有以下優(yōu)勢：

(1)本發(fā)明集多種單晶體用X射線定向儀測量系統(tǒng)于一體，這種一體化的設(shè)計達到了降低設(shè)備成本、保證產(chǎn)品一致性、顯著提高生產(chǎn)效率目的；

(2)對各單晶材料檢測的數(shù)據(jù)進行融合整理，并對其進行智能判斷，根據(jù)當(dāng)前測量數(shù)據(jù)，智能得到單晶材料的缺陷類型，進而達到在沒有大量數(shù)據(jù)支持的情況下，根據(jù)已知單晶材料的相關(guān)數(shù)據(jù)能推測出某種新單晶材料的相關(guān)特征的要求，大大提高了已有數(shù)據(jù)的利用效率，降低了人工判斷誤差；

(3)使用閃爍探測器作為X射線探測器，穩(wěn)定度較高，抗干擾能力強，彌補了蓋革管接收信號較弱，輸出脈沖波形不標(biāo)準(zhǔn)，雜波較多，受干擾嚴(yán)重的不足。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一種實施方式的一種多功能X射線定向儀的結(jié)構(gòu)示意圖，1工作臺，2防輻射保護罩，3X射線用高壓電源，4X射線發(fā)生器支架，5X射線發(fā)生器，6單色器，7閃爍探測器，8閃爍探測器支架，9信號調(diào)理模塊，10步進電機，11步進電機驅(qū)動裝置，12轉(zhuǎn)動軸，13手輪，14樣品放置臺，15抽氣機，16螺栓，17采樣器，18PLC控制模塊，19工業(yè)用PC機，20打印機，21待測晶體；

圖2為本發(fā)明一種實施方式的信號調(diào)理模塊的電路原理圖；

圖3為本發(fā)明一種實施方式的方形樣品放置臺結(jié)構(gòu)示意圖，22臺架，23氣孔墻；

圖4為本發(fā)明一種實施方式的圓形樣品放置臺結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明一種實施方式的氣孔墻斜度可調(diào)方形樣品放置臺結(jié)構(gòu)示意圖，24斜度調(diào)節(jié)栓；

圖6為本發(fā)明一種實施方式的氣孔墻斜度可調(diào)圓形樣品放置臺結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7為本發(fā)明一種實施方式的回擺曲線測定系統(tǒng)流程圖；

圖8為本發(fā)明一種實施方式的單晶體參數(shù)測定系統(tǒng)流程圖；

圖9為本發(fā)明一種實施方式的SC切型測定系統(tǒng)流程圖；

圖10為本發(fā)明一種實施方式的硅單晶測定系統(tǒng)流程圖；

圖11為本發(fā)明一種實施方式的半自動定向儀測定系統(tǒng)流程圖；

圖12為本發(fā)明一種實施方式的晶體缺陷識別方法流程圖；

圖13為本發(fā)明一種實施方式的晶體缺陷識別方法中DS證據(jù)融合過程流程圖；

圖14為本發(fā)明一種實施方式的晶體缺陷識別方法中模糊聚類分析過程流程圖；

圖15為本發(fā)明一種實施方式的手動定向儀測定方法流程圖；

圖16為本發(fā)明一種實施方式的自動獲取角度誤差方法流程圖；

圖17為本發(fā)明一種實施方式的手動獲取角度誤差方法流程圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的一種實施方式作詳細(xì)說明。

本實施方式的一種多功能X射線定向儀，如圖1所示，包括：

工作臺1、防輻射保護罩2、X射線發(fā)生系統(tǒng)、衍射線接收系統(tǒng)、晶體樣品旋轉(zhuǎn)臺和計算機控制系統(tǒng)；

所述工作臺1上方設(shè)有防輻射保護罩2；

所述X射線發(fā)生系統(tǒng)包括：X射線用高壓電源3、X射線發(fā)生器支架4、X射線發(fā)生器5和單色器6，X射線用高壓電源3設(shè)置在工作臺1下方，并與X射線發(fā)生器5連接，X射線發(fā)生器5通過X射線發(fā)生器支架4固定在工作臺1上，單色器6固定在X射線發(fā)生器5上，X射線管的出口射線照射在單色器6上，去掉K_β及連續(xù)譜線，剩下的較單色化的K_α射線照射在晶片樣品旋轉(zhuǎn)臺上的被測晶片21上，并與被測晶片21中心交于一點；

所述衍射線接收系統(tǒng)包括閃爍探測器7、閃爍探測器支架8和信號調(diào)理模塊9，閃爍探測器7通過閃爍探測器支架8固定在工作臺1上，閃爍探測器7用于接收待測晶片21衍射的X射線，并將接收的X射線的強度轉(zhuǎn)換成所對應(yīng)的脈沖頻率信號，閃爍探測器7的輸出端與信號調(diào)理模塊9的輸入端DIN連接，如圖2所示，閃爍探測器7輸出的脈沖頻率信號經(jīng)過信號調(diào)理模塊電路進行濾波、放大、比較、數(shù)字緩沖、積分放大和濾波跟隨處理后輸出。

所述晶體樣品旋轉(zhuǎn)臺包括步進電機10、步進電機驅(qū)動裝置11、轉(zhuǎn)動軸12、手輪13、樣品放置臺14、抽氣機15和螺栓16，步進電機10及步進電機驅(qū)動裝置11設(shè)置于工作臺1下方，步進電機驅(qū)動裝置11與步進電機10相連，步進電機10通過轉(zhuǎn)動軸12與樣品放置臺14相連，手輪13與轉(zhuǎn)動軸12相連，樣品放置臺14通過螺栓16固定在轉(zhuǎn)動軸12上，抽氣機15與樣品放置臺14連接；

所述樣品放置臺14通過拆卸螺栓16進行更換。

所述計算機控制系統(tǒng)包括采樣器17、PLC控制模塊18、工業(yè)用PC機19和打印機20，所述工業(yè)用PC機19設(shè)置有：回擺曲線測定系統(tǒng)，單晶體參數(shù)測定系統(tǒng)，SC切型測定系統(tǒng)，硅單晶測定系統(tǒng)，半自動定向儀測定系統(tǒng)，手動定向儀測定系統(tǒng)以及晶體缺陷識別系統(tǒng)；采樣器17的采樣端與圖2所示的信號調(diào)理模塊9的輸出端VOUT相連接，采樣器17的輸出端與PLC控制模塊18輸入端相連接，PLC控制模塊18輸出端與步進電機驅(qū)動裝置11相連，工業(yè)用PC機19與PLC控制模塊18相連，工業(yè)用PC機19主要進行數(shù)據(jù)處理、模型計算、特征提取、顯示、打印、存儲、缺陷識別以及參數(shù)設(shè)定等功能，工業(yè)用PC機19將系統(tǒng)測量相關(guān)參數(shù)通過串口通訊傳送到PLC控制模塊18，由PLC控制模塊18輸出脈沖控制步進電機10旋轉(zhuǎn)；打印機20與工業(yè)用PC機19連接，用于打印峰型曲線和晶體特征檢測結(jié)果。

如圖3到圖6所示，所述樣品放置臺包括臺架22和氣孔墻23，臺架22通過螺栓16固定在轉(zhuǎn)動軸12上，氣孔墻23中的氣孔與抽氣機15相連，根據(jù)待測晶片不同，樣品放置臺有多種，如圖3所示，樣品放置臺的臺架22與氣孔墻23夾角為90°，氣孔墻23跟盛放的待測晶片的寬度W和高度H相同；如圖4所示，樣品放置臺的臺架22與氣孔墻23夾角為90°，氣孔墻23跟盛放的待測晶片的半徑R相同；如圖5所示，樣品放置臺的臺架22與氣孔墻23之間設(shè)有斜度調(diào)節(jié)栓24，臺架22與氣孔墻23之間夾角可調(diào)，氣孔墻23跟盛放的待測晶片的寬度W和高度H相同；如圖6所示，樣品放置臺的臺架22與氣孔墻23之間設(shè)有斜度調(diào)節(jié)栓24，氣孔墻23跟盛放的待測晶片的半徑R相同。

所述回擺曲線測定系統(tǒng)，如圖7所示，閃爍探測器采集待測晶片衍射的X射線，并發(fā)送給信號調(diào)理模塊處理，采樣器將信號調(diào)理模塊輸出的電壓模擬量轉(zhuǎn)化為峰形數(shù)據(jù)，PLC控制樣品放置臺旋轉(zhuǎn)，同時將峰形數(shù)據(jù)發(fā)送給工業(yè)用PC機，工業(yè)用PC機根據(jù)峰形數(shù)據(jù)得到峰形曲線，使用回擺曲線特征模型對得到的峰形曲線進行修正，得到標(biāo)準(zhǔn)的回擺曲線后，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的回擺曲線提取特征：半峰寬度、峰值角度和峰值高度，重復(fù)執(zhí)行n次上述操作，并將關(guān)鍵特征半峰寬度取平均值后存儲和顯示。

所述單晶體參數(shù)測定系統(tǒng)，如圖8所示，閃爍探測器采集待測晶片衍射的X射線，并發(fā)送給信號調(diào)理模塊處理，采樣器將信號調(diào)理模塊輸出的電壓模擬量轉(zhuǎn)化為峰形數(shù)據(jù)，PLC控制樣品放置臺旋轉(zhuǎn)，同時將峰形數(shù)據(jù)發(fā)送給工業(yè)用PC機，工業(yè)用PC機根據(jù)峰形數(shù)據(jù)得到峰形曲線，使用單晶體參數(shù)特征模型對得到的峰形曲線進行修正，得到標(biāo)準(zhǔn)的峰形曲線后，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的峰形曲線提取特征：峰值角度和峰值高度，重復(fù)執(zhí)行n次上述操作，并將關(guān)鍵特征峰值角度取平均值后存儲和顯示。

所述SC切型測定系統(tǒng)，如圖9所示，閃爍探測器采集待測晶片衍射的X射線，并發(fā)送給信號調(diào)理模塊處理，采樣器將信號調(diào)理模塊輸出的電壓模擬量轉(zhuǎn)化為峰形數(shù)據(jù)，PLC控制樣品放置臺旋轉(zhuǎn)，同時將峰形數(shù)據(jù)發(fā)送給工業(yè)用PC機，工業(yè)用PC機根據(jù)峰形數(shù)據(jù)得到峰形曲線，使用SC切型特征模型對得到的峰形曲線進行修正，得到標(biāo)準(zhǔn)的峰形曲線后，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的峰形曲線提取特征：峰值角度和峰值高度，重復(fù)執(zhí)行n次上述操作，并將關(guān)鍵特征峰值角度取平均值后存儲和顯示。

所述硅單晶測定系統(tǒng)，如圖10所示，閃爍探測器采集待測晶片衍射的X射線，并發(fā)送給信號調(diào)理模塊處理，采樣器將信號調(diào)理模塊輸出的電壓模擬量轉(zhuǎn)化為峰形數(shù)據(jù)，PLC控制樣品放置臺旋轉(zhuǎn)，同時將峰形數(shù)據(jù)發(fā)送給工業(yè)用PC機，工業(yè)用PC機根據(jù)峰形數(shù)據(jù)得到峰形曲線，使用硅單晶參數(shù)特征模型對得到的峰形曲線進行修正，得到標(biāo)準(zhǔn)的峰形曲線后，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的峰形曲線提取特征：峰值角度和峰值高度，重復(fù)執(zhí)行n次上述操作，并將關(guān)鍵特征峰值角度取平均值后存儲和顯示；判斷是否需要更換晶片測量面，是，更換晶片測量面后重復(fù)以上操作，否，檢測結(jié)束。

所述半自動定向儀測定系統(tǒng)，如圖11所示，閃爍探測器采集待測晶片衍射的X射線，并發(fā)送給信號調(diào)理模塊處理，采樣器將信號調(diào)理模塊輸出的電壓模擬量轉(zhuǎn)化為峰形數(shù)據(jù)，PLC控制樣品放置臺旋轉(zhuǎn)，同時將峰形數(shù)據(jù)發(fā)送給工業(yè)用PC機，工業(yè)用PC機根據(jù)峰形數(shù)據(jù)得到峰形曲線，對得到的峰形曲線進行修正，得到標(biāo)準(zhǔn)的峰形曲線后，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的峰形曲線提取特征：峰值角度和峰值高度，重復(fù)執(zhí)行n次上述操作，并將關(guān)鍵特征峰值角度取平均值后存儲和顯示。

所述手動定向儀測定系統(tǒng)，閃爍探測器采集待測晶片衍射的X射線，并發(fā)送給信號調(diào)理模塊處理，采樣器將信號調(diào)理模塊輸出的電壓模擬量轉(zhuǎn)化為峰形數(shù)據(jù)，搖動手輪控制樣品放置臺旋轉(zhuǎn)，同時，PLC將峰形數(shù)據(jù)發(fā)送給工業(yè)用PC機，PC機根據(jù)峰形數(shù)據(jù)得到峰形曲線，對得到的峰形曲線進行修正，得到標(biāo)準(zhǔn)的峰形曲線后，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的峰形曲線提取特征：峰值角度和峰值高度，并將關(guān)鍵特征峰值角度進行存儲和顯示。

所述晶體缺陷識別系統(tǒng)，閃爍探測器采集待測晶片衍射的X射線，并發(fā)送給信號調(diào)理模塊處理，采樣器將信號調(diào)理模塊輸出的電壓模擬量轉(zhuǎn)化為峰形數(shù)據(jù)，PLC控制樣品放置臺旋轉(zhuǎn)，同時將峰形數(shù)據(jù)發(fā)送給工業(yè)用PC機，工業(yè)用PC機根據(jù)峰形數(shù)據(jù)得到峰形曲線，如果待測晶體為未知晶體，工業(yè)用PC機計算每種晶體知識庫缺陷樣本中與待測晶體的匹配缺陷樣本，并將匹配缺陷樣本進行數(shù)據(jù)融合，得到該待測晶體的知識庫缺陷樣本；所述每種晶體知識庫中包含該種晶體的不同缺陷類型的峰形數(shù)據(jù)即缺陷樣本；如果待測晶體為已知晶體，計算待測晶體所屬種類的晶體知識庫缺陷樣本中與待測晶體峰形數(shù)據(jù)的最大相似度值，并根據(jù)最大相似度值確定待測晶體缺陷類型或建立新的晶體缺陷樣本。

如圖12所示，利用多功能X射線定向儀進行晶體缺陷識別的方法，包括如下步驟：

步驟1：將待測晶片放置在樣品放置臺上；

步驟2：X射線發(fā)生器發(fā)射X射線；

步驟3：閃爍探測器采集待測晶片衍射的X射線，并將X射線的強度轉(zhuǎn)換成脈沖頻率信號后，發(fā)送給信號調(diào)理模塊；

步驟4：信號調(diào)理模塊將閃爍探測器輸出的脈沖頻率信號進行放大濾波整形，并進行頻壓轉(zhuǎn)換處理后，發(fā)送給采樣器；

步驟5：采樣器將接收到的信號調(diào)理模塊輸出的電壓模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量即峰形數(shù)據(jù)，發(fā)送給PLC控制模塊；

步驟6：通過工業(yè)用PC機設(shè)定待測晶體的名稱、待測晶體的本次測量面、待測晶體的理論峰值角度和本次測量的掃描角度范圍，并發(fā)送給PLC控制模塊；

步驟7：PLC控制模塊通過步進電機驅(qū)動裝置驅(qū)動樣品放置臺旋轉(zhuǎn)，同時，PLC控制模塊將接收到的采樣器發(fā)送的峰形數(shù)據(jù)發(fā)送給工業(yè)用PC機；

步驟8：如果待測晶片為未知晶體，則執(zhí)行步驟9，否則，執(zhí)行步驟10；

步驟9：工業(yè)用PC機計算每種晶體知識庫缺陷樣本中與待測晶體的匹配缺陷樣本，并將匹配缺陷樣本進行數(shù)據(jù)融合，得到該待測晶體的知識庫缺陷樣本；所述每種晶體知識庫中包含該種晶體的不同缺陷類型的峰形數(shù)據(jù)即缺陷樣本：

步驟9-1：提取第i種晶體知識庫缺陷樣本與待測晶片峰形數(shù)據(jù)構(gòu)成初始矩陣；

步驟9-2：對初始使用模糊聚類分析得到模糊等價矩陣R^*：

步驟9-3：根據(jù)R^*得到晶體知識庫缺陷樣本中與待測晶體峰形數(shù)據(jù)相似度最高的缺陷類型，即待測晶體與第i種晶體的匹配缺陷類型，即目標(biāo)類；

步驟9-4：重復(fù)以上過程，直到對所有晶體種類的知識庫進行匹配，得到待測晶體與所有晶體種類的目標(biāo)類；

步驟9-5：如圖13所示，用得到的目標(biāo)類構(gòu)建目標(biāo)類矩陣，對目標(biāo)類矩陣中元素進行信度分配，并計算信度函數(shù)，具體方法為：

步驟9-5-1：構(gòu)建目標(biāo)類矩陣其中，為目標(biāo)類，n^*為目標(biāo)類數(shù)量，X^*_j＝[x*_1j,x*_2j,…,x*_mj]^T，x*_1j,x*_2j,…,x*_mj為第j個目標(biāo)類的m個特征性狀，原始數(shù)據(jù)矩陣表示為：

記目標(biāo)類矩陣θ中每一行為：其中i＝1,2,…,m；

步驟9-5-2：本實施方式采用最大值規(guī)格化方法進行標(biāo)準(zhǔn)化處理，得到標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)矩陣為：

其中N＝max{x*_i1,x*_i2,…,x*_in}，j＝1,2,…,n^*；

步驟9-5-3：基本信度分配矩陣為：

其中，基本信度分配函數(shù)：

步驟9-5-4：信度函數(shù)：

$Bel\left(A_i\right)=\{m_i\left({x^{*}}_{i1}\right),m_i\left({x^{*}}_{i2}\right),...,m_i\left({x^{*}}_{{\mathrm{in}}^{*}}\right)\}$

步驟9-6：根據(jù)DS證據(jù)融合規(guī)則對信度函數(shù)進行數(shù)據(jù)融合，融合后的基本信度函數(shù)Bel為：

$Bel=Bel\left(A_1\right)\&CirclePlus;Bel\left(A_2\right)\&CirclePlus;,...,\&CirclePlus;Bel\left(A_m\right)=(M_1,M_2,...,M_j,...,M_{n^{*}})$

其中，M_j為第j個目標(biāo)類x^*_j的信任概率；

本實施方式中，基本信度函數(shù)Bel的計算方法為：設(shè)和融合后的信度函數(shù)為：

其中：

$M_j=\frac{m_{1j}{m}_{2j}}{1-\underset{j=1}{\overset{n^{*}}{\&Sigma;}}\underset{j=1}{\overset{n^{*}}{\&Sigma;}}{m}_{1j}{m}_{2j^{\&prime;}}}|j\&NotEqual;j^{\&prime;}$

步驟9-7：根據(jù)目標(biāo)類及其信任概率，計算得到融合后的未知晶體的知識庫樣本X^*：

其中，x_i^*為待測晶體的知識庫缺陷樣本的第i個特征性狀值；

步驟9-8：為未知晶體建立新的知識庫，并將未知晶體的知識庫缺陷樣本放入知識庫中；

步驟10：計算待測晶體所屬種類的晶體知識庫缺陷樣本中與待測晶體峰形數(shù)據(jù)的最大相似度值，并根據(jù)最大相似度值確定待測晶體缺陷類型或建立新的晶體缺陷樣本：

步驟10-1：提取與待測晶體相同種類的晶體知識庫缺陷樣本；

步驟10-2：利用待測晶體峰形數(shù)據(jù)和待測晶體所屬種類的晶體知識庫缺陷樣本構(gòu)成初始矩陣；

步驟10-3：對初始矩陣使用模糊聚類分析得到模糊等價矩陣R^*；

步驟10-4：根據(jù)模糊等價矩陣計算待測晶體所屬種類的晶體知識庫缺陷樣本中與待測晶體峰形數(shù)據(jù)相似度的最大值λ^*；

步驟10-5：規(guī)定閾值λ，若λ^*≥λ，則待測晶體所屬缺陷類型為與待測晶體峰形數(shù)據(jù)相似度最大的缺陷樣本所屬的缺陷類型；若λ^*<λ，則將該峰形數(shù)據(jù)做為新的缺陷樣本放入該晶體知識庫中。

如圖14所示，所述模糊聚類分析過程包括如下步驟：

(1)設(shè)其論域為：

$U={\&lsqb;X_1,X_2,...,X_{i^{*}},...,X_n\&rsqb;}^T$

其中，X₁為待測晶體峰形數(shù)據(jù)，為晶體知識庫中缺陷樣本；

x_i*1,…,x_i*m為的m個特征性狀，i^*＝1,2,…,n，j^*＝1,2,…,m；得到原始數(shù)據(jù)矩陣：

(2)本實施方式使用最大值規(guī)格化方法對U進行標(biāo)準(zhǔn)化處理，得到標(biāo)準(zhǔn)矩陣：

其中，

(3)采用相關(guān)系數(shù)法建立模糊相似矩陣R：

其中，

(4)使用平方法求傳遞閉包，再用傳遞閉包求取模糊等價矩陣R^*，即

當(dāng)時，

本實施方式中，利用多功能X射線定向儀進行不同晶體特征測定的方法，包括：

步驟1：將待測晶片放置在樣品放置臺上；

步驟2：X射線發(fā)生器發(fā)射X射線；

步驟3：閃爍探測器采集待測晶片衍射的X射線，并將X射線的強度轉(zhuǎn)換成脈沖頻率信號后，發(fā)送給信號調(diào)理模塊；

步驟4：信號調(diào)理模塊將閃爍探測器輸出的脈沖頻率信號進行放大濾波整形，并進行頻壓轉(zhuǎn)換處理后，發(fā)送給采樣器；

步驟5：采樣器將接收到的信號調(diào)理模塊輸出的電壓模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量即峰形數(shù)據(jù)，發(fā)送給PLC控制模塊；

步驟6：通過工業(yè)用PC機設(shè)定檢測操作次數(shù)n、待測晶體的名稱、待測晶體的本次測量面、待測晶體的理論峰值角度和本次測量的掃描角度范圍，并發(fā)送給PLC控制模塊；

步驟7：PLC控制模塊通過步進電機驅(qū)動裝置驅(qū)動樣品放置臺旋轉(zhuǎn)，同時，PLC控制模塊將接收到的采樣器發(fā)送的峰形數(shù)據(jù)發(fā)送給工業(yè)用PC機；

步驟8：工業(yè)用PC機根據(jù)PLC控制模塊發(fā)送峰形數(shù)據(jù)得到峰形曲線；

步驟9：修正峰形曲線，并消除峰形曲線角度誤差，得到標(biāo)準(zhǔn)峰形曲線；

步驟10：根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)峰形曲線提取特征，包括半峰寬度、峰值角度和峰值高度；

步驟11：判斷是否達到檢測操作次數(shù)n，是，計算得到的關(guān)鍵特征平均值后，進行存儲和顯示，執(zhí)行步驟12；否，則執(zhí)行步驟1；

步驟12：判斷是否更換晶片，是，更換晶片，并執(zhí)行步驟1；否，檢測結(jié)束；

如圖15所示，利用多功能X射線定向儀進行手動定向測定的方法，包括如下步驟：

步驟1：將待測晶片放置在樣品放置臺上；

步驟2：X射線發(fā)生器發(fā)射X射線；

步驟3：閃爍探測器采集待測晶片衍射的X射線，并將X射線的強度轉(zhuǎn)換成脈沖頻率信號后，發(fā)送給信號調(diào)理模塊；

步驟4：信號調(diào)理模塊將閃爍探測器輸出的脈沖頻率信號進行放大濾波整形，并進行頻壓轉(zhuǎn)換處理后，發(fā)送給采樣器；

步驟5：采樣器將接收到的信號調(diào)理模塊輸出的電壓模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量即峰形數(shù)據(jù)，發(fā)送給PLC控制模塊；

步驟6：手動搖動手輪控制樣品放置臺旋轉(zhuǎn)，同時，PLC將接收到的采樣器發(fā)送的峰形數(shù)據(jù)發(fā)送給工業(yè)用PC機；

步驟7：工業(yè)用PC機根據(jù)PLC控制模塊發(fā)送峰形數(shù)據(jù)得到峰形曲線；

步驟8：判斷峰形曲線是否達到最大值，是，執(zhí)行步驟9，否則，繼續(xù)搖動手輪；

步驟9：根據(jù)峰形曲線提取特征，并進行存儲和顯示；

步驟10：判斷是否更換晶片，是，消除峰形曲線角度誤差，并更換晶片，并執(zhí)行步驟1；否，檢測結(jié)束。

如圖16所示，利用多功能X射線定向儀進行自動獲取角度誤差的方法，包括如下步驟：

步驟1：將已知標(biāo)準(zhǔn)角度的晶片放置在樣品放置臺上；

步驟2：X射線發(fā)生器發(fā)射X射線；

步驟3：閃爍探測器采集待測晶片衍射的X射線，并將X射線的強度轉(zhuǎn)換成脈沖頻率信號后，發(fā)送給信號調(diào)理模塊；

步驟4：信號調(diào)理模塊將閃爍探測器輸出的脈沖頻率信號進行放大濾波整形，并進行頻壓轉(zhuǎn)換處理后，發(fā)送給采樣器；

步驟5：采樣器將接收到的信號調(diào)理模塊輸出的電壓模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量即峰形數(shù)據(jù)，發(fā)送給PLC控制模塊；

步驟6：通過工業(yè)用PC機設(shè)定待測晶體的名稱、待測晶體的本次測量面、待測晶體的理論峰值角度和本次測量的掃描角度范圍，并發(fā)送給PLC控制模塊；

步驟7：PLC控制模塊通過步進電機驅(qū)動裝置驅(qū)動樣品放置臺旋轉(zhuǎn)，同時，PLC控制模塊將接收到的采樣器發(fā)送的峰形數(shù)據(jù)發(fā)送給工業(yè)用PC機；

步驟8：工業(yè)用PC機根據(jù)PLC控制模塊發(fā)送峰形數(shù)據(jù)得到峰形曲線；

步驟9：計算峰形曲線達到最大值時對應(yīng)的角度與晶片標(biāo)準(zhǔn)角度之差，即為角度誤差。

本實施方式中校準(zhǔn)操作為執(zhí)行6次校準(zhǔn)操作后，取角度誤差平均值，例如：標(biāo)準(zhǔn)角度為13°20′00″，若6次操作的最大峰值對應(yīng)角度均為13°20′05″，即角度誤差為+5″，進行檢測操作時，將峰形數(shù)據(jù)中角度值減去5″角度誤差，消除因機械結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的系統(tǒng)誤差，提高測量精確度。

如圖17所示，利用多功能X射線定向儀進行手動獲取角度誤差的方法，包括如下步驟：

步驟1：將已知標(biāo)準(zhǔn)角度的晶片放置在樣品放置臺上；

步驟2：X射線發(fā)生器發(fā)射X射線；

步驟3：閃爍探測器采集待測晶片衍射的X射線，并將X射線的強度轉(zhuǎn)換成脈沖頻率信號后，發(fā)送給信號調(diào)理模塊；

步驟4：信號調(diào)理模塊將閃爍探測器輸出的脈沖頻率信號進行放大濾波整形，并進行頻壓轉(zhuǎn)換處理后，發(fā)送給采樣器；

步驟5：采樣器將接收到的信號調(diào)理模塊輸出的電壓模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量即峰形數(shù)據(jù)，發(fā)送給PLC控制模塊；

步驟6：通過工業(yè)用PC機設(shè)定待測晶體的名稱、待測晶體的本次測量面、待測晶體的理論峰值角度和本次測量的掃描角度范圍，并發(fā)送給PLC控制模塊；

步驟7：手動控制樣品放置臺旋轉(zhuǎn)，同時，PLC控制模塊將接收到的采樣器發(fā)送的峰形數(shù)據(jù)發(fā)送給工業(yè)用PC機；

步驟8：工業(yè)用PC機根據(jù)PLC控制模塊發(fā)送峰形數(shù)據(jù)得到峰形曲線；

步驟9：計算峰形曲線達到最大值時對應(yīng)的角度與晶片標(biāo)準(zhǔn)角度之差，即為角度誤差。