本發(fā)明涉及太赫茲連續(xù)波掃描成像技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種太赫茲連續(xù)波快速精準(zhǔn)掃描系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有的太赫茲連續(xù)波掃描系統(tǒng)及方法，按照工作模式分為逐點(diǎn)掃描方式和連續(xù)掃描方式。逐點(diǎn)掃描模式采用走一步、采一點(diǎn)的處理方式，電機(jī)運(yùn)行和數(shù)據(jù)采集是間斷的。這種模式能夠針對(duì)檢測(cè)樣品的準(zhǔn)確位置進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，但是工作周期長(zhǎng)，成像效率低。

連續(xù)掃描模式采用并行處理方式，電機(jī)運(yùn)行和數(shù)據(jù)采集都是連續(xù)進(jìn)行的，在檢測(cè)樣品的連續(xù)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，完成對(duì)其成像。這種模式雖然提高了成像效率，但在啟動(dòng)和停止過(guò)程中電機(jī)速度變化會(huì)帶來(lái)檢測(cè)樣品運(yùn)動(dòng)的非勻速性，造成數(shù)據(jù)采集點(diǎn)位置分布的非均勻性，最終影響成像效果。有的采用加大檢測(cè)樣品掃描范圍，只選取采集數(shù)據(jù)的中間部分作為有效數(shù)據(jù)的方法，在一定程度上抑制了電機(jī)變速造成的影響，但仍未解決機(jī)械結(jié)構(gòu)誤差、電機(jī)速度不穩(wěn)定帶來(lái)的定位誤差問(wèn)題。而且，電機(jī)速度越快，穩(wěn)定性越差，掃描誤差越大，傳統(tǒng)方法無(wú)法解決掃描速度與精度的固有矛盾。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是為了解決上述問(wèn)題，提供一種太赫茲連續(xù)波快速精準(zhǔn)掃描系統(tǒng)及方法，采用唯一的控制器，采用光柵尺傳感器輸出的方波信號(hào)作為數(shù)據(jù)采集A/D模塊的基準(zhǔn)時(shí)鐘，從根本上避免了掃描過(guò)程中機(jī)械結(jié)構(gòu)誤差、電機(jī)速度不穩(wěn)定、電機(jī)變速給掃描精度造成的不利影響，解決了掃描速度與精度的固有矛盾，提高了掃描速度和精度。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種太赫茲連續(xù)波快速精準(zhǔn)掃描系統(tǒng)，包括X軸電機(jī)、Y軸電機(jī)、X軸光柵尺及Y軸光柵尺，X軸電機(jī)和Y軸電機(jī)分別通過(guò)X軸傳動(dòng)結(jié)構(gòu)和Y軸傳動(dòng)結(jié)構(gòu)帶動(dòng)X軸和Y軸轉(zhuǎn)動(dòng)；驅(qū)動(dòng)所述X軸電機(jī)和Y軸電機(jī)運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)器接收FPGA控制主板的電機(jī)控制模塊發(fā)送的脈沖信號(hào)，該脈沖信號(hào)來(lái)自FPGA內(nèi)部鎖相環(huán)輸出的高速倍頻時(shí)鐘；X軸光柵尺通過(guò)時(shí)鐘發(fā)生器與所述FPGA控制主板連接，所述FPGA控制主板通過(guò)X軸光柵尺及Y軸光柵尺實(shí)現(xiàn)掃描過(guò)程中的精確定位；上位機(jī)接收所述FPGA控制主板的數(shù)據(jù)采集模塊采集的數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)灰度成像。

所述X軸光柵尺包括X軸標(biāo)尺光柵和X軸光柵傳感器，X軸標(biāo)尺光柵固定在與X軸平行的支架上，X軸光柵傳感器安裝在X軸傳動(dòng)機(jī)構(gòu)上；

所述Y軸光柵尺包括Y軸標(biāo)尺光柵、Y軸光柵傳感器，Y軸標(biāo)尺光柵固定在與Y軸平行的支架上，Y軸光柵傳感器安裝在Y軸傳動(dòng)機(jī)構(gòu)上。

所述FPGA控制主板包括掃描位置模塊，實(shí)時(shí)讀取計(jì)數(shù)X軸光柵傳感器、Y軸光柵傳感器輸出的第一路方波信號(hào)，實(shí)現(xiàn)X軸、Y軸掃描坐標(biāo)精確定位。

所述時(shí)鐘發(fā)生器包括依次連接的分路器、延遲模塊、合路器及方波整形器；

所述X軸光柵傳感器輸出的第二路方波信號(hào)與所述時(shí)鐘發(fā)生器相連，時(shí)鐘發(fā)生器輸出間斷的時(shí)鐘信號(hào)作為所述數(shù)據(jù)采集模塊的采集時(shí)鐘；

采用所述一種太赫茲連續(xù)波快速精準(zhǔn)掃描系統(tǒng)的掃描方法，包括，

步驟(1)：操作人員在上位機(jī)中設(shè)置樣品掃描參數(shù)；

步驟(2)：FPGA控制主板接收到掃描參數(shù)，設(shè)置成功返回上位機(jī)OK，繼續(xù)下一步，設(shè)置錯(cuò)誤返回Err，返回步驟(1)；

步驟(3)：操作人員選擇X軸、Y軸回原點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方向，發(fā)送掃描復(fù)位指令；

步驟(4)：FPGA控制主板接收到掃描復(fù)位指令，控制X軸電機(jī)和Y軸電機(jī)按照設(shè)定方向運(yùn)行，復(fù)位結(jié)束后給上位機(jī)返回OK指令；

步驟(5)：上位機(jī)接收到復(fù)位結(jié)束指令時(shí)，操作者發(fā)送樣品掃描指令；

步驟(6)：FPGA控制主板接收到樣品掃描指令，控制X軸電機(jī)進(jìn)行掃描，該行掃描結(jié)束后，掃描行變量LC加1，發(fā)送上位機(jī)行掃描結(jié)束指令；

步驟(7)：行掃描過(guò)程中，每掃過(guò)一個(gè)柵距，時(shí)鐘發(fā)生器給數(shù)據(jù)采集模塊提供一次連續(xù)的工作時(shí)鐘，數(shù)據(jù)采集模塊進(jìn)行模擬信號(hào)采集；

步驟(8)：FPGA控制主板緩存數(shù)據(jù)采集模塊采集的數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)達(dá)到設(shè)定容量后將數(shù)據(jù)上傳至上位機(jī)；

步驟(9)：上位機(jī)接收數(shù)據(jù)，繪制灰度圖像；

步驟(10)：行掃描結(jié)束后，F(xiàn)PGA控制主板控制Y軸電機(jī)進(jìn)行列掃描，重復(fù)步驟(6)至步驟(10)，當(dāng)樣品全部掃描結(jié)束時(shí)，結(jié)束循環(huán)，發(fā)送上位機(jī)掃描結(jié)束指令。

所述步驟(4)的具體過(guò)程包括：

步驟(4.1)：FPGA控制主板中電機(jī)控制模塊發(fā)送脈沖信號(hào)、方向信號(hào)及使能信號(hào)給驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)X軸電機(jī)和Y軸電機(jī)按照設(shè)定方向運(yùn)動(dòng)；

步驟(4.2)：X軸電機(jī)和Y軸電機(jī)帶動(dòng)X軸光柵傳感器、Y軸光柵傳感器沿著X軸標(biāo)尺光柵、Y軸標(biāo)尺光柵一起運(yùn)動(dòng)；

步驟(4.3)：FPGA控制主板中掃描位置模塊實(shí)時(shí)接收和判斷X軸光柵傳感器、Y軸光柵傳感器輸出的中心點(diǎn)脈沖信號(hào)；

步驟(4.4)：當(dāng)X軸光柵傳感器輸出的中心點(diǎn)脈沖信號(hào)為高電平時(shí)，到達(dá)X軸標(biāo)尺光柵中心點(diǎn)，X軸電機(jī)停止運(yùn)行；當(dāng)Y軸光柵傳感器輸出的中心點(diǎn)脈沖信號(hào)為高電平時(shí)，到達(dá)Y軸標(biāo)尺光柵中心點(diǎn)，Y軸電機(jī)停止運(yùn)行；

步驟(4.5)：X軸電機(jī)、Y軸電機(jī)停止運(yùn)動(dòng)后，發(fā)送上位機(jī)掃描復(fù)位結(jié)束指令。

所述步驟(6)的具體過(guò)程包括：

步驟(6.1)：定義變量并初始化，掃描行位置脈沖數(shù)：XC、掃描列位置脈沖數(shù)：YC、掃描行數(shù)：LC、掃描列數(shù)CC，并將上述變量初始化為零；

步驟(6.2)：當(dāng)掃描行數(shù)LC％2＝＝0時(shí)，X軸電機(jī)向左運(yùn)動(dòng)，當(dāng)LC％2＝＝1時(shí)，X軸電機(jī)向右運(yùn)動(dòng)，電機(jī)控制模塊連續(xù)發(fā)送脈沖信號(hào)給驅(qū)動(dòng)器，X軸電機(jī)帶動(dòng)樣品進(jìn)行行掃描；

步驟(6.3)：掃描位置模塊實(shí)時(shí)接收X軸光柵傳感器輸出的第一路方波信號(hào)，每接收一個(gè)方波信號(hào)，XC的數(shù)值加1；

步驟(6.4)：當(dāng)XC＝＝1000*l/n時(shí)，n為光柵尺最小分辨率，當(dāng)前行描述結(jié)束，X軸電機(jī)停止運(yùn)動(dòng)，XC數(shù)值清零，LC加1；

步驟(6.5)：FPGA控制主板發(fā)送上位機(jī)行掃描結(jié)束指令。

所述步驟(7)的具體過(guò)程包括：

步驟(7.1)：行掃描過(guò)程中，X軸電機(jī)帶動(dòng)X軸光柵傳感器沿著X軸標(biāo)尺光柵運(yùn)動(dòng)，當(dāng)走過(guò)的光柵位移達(dá)到一個(gè)柵距時(shí)，X軸光柵傳感器輸出兩路正交的方波信號(hào)；

步驟(7.2)：時(shí)鐘發(fā)生器接收X軸光柵傳感器輸出的第二路方波信號(hào)，并將該路信號(hào)分成9路，連接到9個(gè)延遲模塊；

步驟(7.3)：每個(gè)延遲模塊檢測(cè)到輸入方波信號(hào)的上升沿時(shí)，經(jīng)過(guò)預(yù)先設(shè)定的延遲時(shí)間后依次輸出9個(gè)高電平寬度為50ns的脈沖信號(hào)；

步驟(7.4)：9個(gè)延遲模塊輸出的脈沖信號(hào)連接到合路器，將9路脈沖信號(hào)合成為1路脈沖信號(hào)；

步驟(7.5)：合路器輸出的1路脈沖信號(hào)連接到方波整形器，使脈沖信號(hào)的邊沿更加陡峭，降低信號(hào)的抖動(dòng)；

步驟(7.6)：方波整形器輸出的脈沖信號(hào)作為時(shí)鐘信號(hào)，連接到數(shù)據(jù)采集模塊上；

步驟(7.7)：采集模塊檢測(cè)到時(shí)鐘上升沿時(shí)，進(jìn)行模擬量信號(hào)采集。

所述步驟(9)中的具體過(guò)程包括：

步驟(9.1)：上位機(jī)定義二維數(shù)據(jù)矩陣D[L1][L2]，其中，L1＝l/d，L2＝h/d，l為樣品長(zhǎng)度，h為樣品寬度、d為掃描成像最小分辨率；

步驟(9.2)：將FPGA控制主板上傳數(shù)據(jù)依據(jù)上傳行數(shù)及采樣點(diǎn)電壓數(shù)值的順序依次存入矩陣D中；

步驟(9.3)：將每行采樣點(diǎn)電壓數(shù)值轉(zhuǎn)換為灰度值，灰度G計(jì)算公式：

G＝(V-Vmin)/(Vmax-Vmin)*255；

其中，V為當(dāng)前采樣點(diǎn)電壓值，Vmin為二維數(shù)據(jù)矩陣D中所有采樣點(diǎn)的最小電壓值，Vmax為二維數(shù)據(jù)矩陣D中所有采樣點(diǎn)的最大電壓值；

步驟(9.4)：繪制灰度圖像。

所述步驟(10)的具體過(guò)程包括：

步驟(10.1)：電機(jī)控制模塊驅(qū)動(dòng)Y軸電機(jī)帶動(dòng)樣品向下運(yùn)動(dòng)；

步驟(10.2)：掃描位置模塊實(shí)時(shí)接收Y軸光柵傳感器輸出的第一路方波信號(hào)，每接收一個(gè)方波信號(hào)，掃描列位置脈沖數(shù)YC的數(shù)值加1；

步驟(10.3)：當(dāng)YC＝＝1000*d/n時(shí)，d為掃描成像最小分辨率，n為光柵尺最小分辨率，Y軸電機(jī)停止運(yùn)動(dòng)，掃描列數(shù)CC加1；

步驟(10.4)：重復(fù)步驟(10.1)至步驟(10.3)，當(dāng)YC>1000*h/n時(shí)，h為樣品寬度，樣品掃描全部結(jié)束，X軸電機(jī)和Y軸電機(jī)停止運(yùn)動(dòng)，F(xiàn)PGA控制主板發(fā)送上位機(jī)掃描結(jié)束指令。

本發(fā)明的有益效果：

(1)本發(fā)明的電機(jī)控制、掃描定位、數(shù)據(jù)采集以及與上位機(jī)通信等功能均采用單片F(xiàn)PGA控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)，解決了采用多控制器時(shí)由于時(shí)鐘異步造成的掃描誤差，節(jié)省了系統(tǒng)資源，提高了掃描效率。

(2)本發(fā)明采用FPGA內(nèi)部鎖相環(huán)(PLL)產(chǎn)生的高速倍頻時(shí)鐘，作為電機(jī)的脈沖信號(hào)源，可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的最高速運(yùn)行，提高了掃描速度。

(3)本發(fā)明采用光柵尺傳感器輸出的方波信號(hào)作為數(shù)據(jù)采集A/D模塊的基準(zhǔn)時(shí)鐘，采集數(shù)據(jù)的時(shí)刻只與標(biāo)尺光柵和光柵傳感器的相對(duì)位置有關(guān)，從根本上避免了掃描過(guò)程中機(jī)械結(jié)構(gòu)誤差、電機(jī)速度不穩(wěn)定、電機(jī)變速給掃描精度造成的不利影響，使得電機(jī)即使工作在最高速狀態(tài)，也不會(huì)影響掃描精度，解決了掃描速度與精度的固有矛盾問(wèn)題，同時(shí)提高了掃描速度和精度。

(4)本發(fā)明的FPGA控制器上傳的每行數(shù)據(jù)中若干個(gè)掃描點(diǎn)的存儲(chǔ)順序和標(biāo)尺光柵的柵距一一對(duì)應(yīng)，上位機(jī)灰度成像時(shí)不再需要電機(jī)掃描的位置坐標(biāo)，進(jìn)一步提高了掃描速度。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的掃描系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；

圖2為本發(fā)明的X_Y掃描臺(tái)左視圖；

圖3為本發(fā)明的FPGA控制主板結(jié)構(gòu)圖；

圖4為本發(fā)明的光柵柵距與光柵傳感器輸出的正交方波關(guān)系圖；

圖5為本發(fā)明的A/D時(shí)鐘產(chǎn)生器結(jié)構(gòu)圖；

圖6為本發(fā)明的A/D工作時(shí)序圖；

圖7為本發(fā)明的一種改進(jìn)太赫茲連續(xù)波快速精準(zhǔn)掃描方法流程圖。

其中，1.Y軸步進(jìn)電機(jī)，2.Y軸標(biāo)尺光柵，3.Y軸光柵傳感器，4.X軸步進(jìn)電機(jī)，5.底座，6.X軸傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，7.Y軸傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，8.樣品夾具。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。

如圖1、圖2、圖3所示，一種太赫茲連續(xù)波快速精準(zhǔn)掃描系統(tǒng)，包括底座5，底座5上設(shè)有樣品夾具8、X_Y掃描臺(tái)、FPGA控制主板、時(shí)鐘發(fā)生器以及上位機(jī)。

所述X_Y掃描臺(tái)由X軸步進(jìn)電機(jī)4、Y軸步進(jìn)電機(jī)1，X軸傳動(dòng)機(jī)構(gòu)6、Y軸傳動(dòng)結(jié)構(gòu)7和X軸光柵尺、Y軸光柵尺組成。

所述X軸光柵尺包括X軸標(biāo)尺光柵、X軸光柵傳感器，X軸標(biāo)尺光柵固定在與X軸平行的支架上，X軸光柵傳感器安裝在X軸傳動(dòng)機(jī)構(gòu)6上；

所述X軸光柵傳感器與X軸標(biāo)尺光柵相對(duì)移過(guò)一個(gè)柵距，X軸光柵傳感器就輸出兩路正交的方波信號(hào)，當(dāng)X軸光柵傳感器運(yùn)行至X軸標(biāo)尺光柵中心點(diǎn)時(shí)會(huì)輸出一個(gè)X軸標(biāo)尺中心點(diǎn)脈沖信號(hào)。

所述Y軸光柵尺包括Y軸標(biāo)尺光柵2、Y軸光柵傳感器3，Y軸標(biāo)尺光柵2固定在與Y軸平行的支架上，Y軸光柵傳感器3安裝在Y軸傳動(dòng)機(jī)構(gòu)7上。

所述Y軸傳感器與Y軸標(biāo)尺光柵相對(duì)移過(guò)一個(gè)柵距，Y軸光柵傳感器就輸出兩路正交的方波信號(hào)，當(dāng)Y軸光柵傳感器運(yùn)行至Y軸標(biāo)尺光柵中心點(diǎn)時(shí)會(huì)輸出一個(gè)Y軸標(biāo)尺中心點(diǎn)脈沖信號(hào)。

所述FPGA控制主板可進(jìn)行并行處理，包括電機(jī)控制模塊、掃描位置模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊；

所述電機(jī)控制模塊發(fā)送脈沖、方向、使能信號(hào)給X、Y軸電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，實(shí)現(xiàn)X軸步進(jìn)電機(jī)、Y軸步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行控制功能；

所述電機(jī)控制模塊發(fā)送的脈沖信號(hào)來(lái)自FPGA內(nèi)部鎖相環(huán)(PLL)輸出的高速倍頻時(shí)鐘，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的最高速運(yùn)行；

所述掃描位置模塊實(shí)時(shí)讀取、計(jì)數(shù)X軸光柵傳感器、Y軸光柵傳感器輸出的第一路方波信號(hào)，實(shí)現(xiàn)X軸、Y軸掃描坐標(biāo)精確定位；

所述數(shù)據(jù)采集模塊包括A/D模塊實(shí)現(xiàn)掃描點(diǎn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集與緩存功能；

所述時(shí)鐘發(fā)生器由分路器、延遲模塊、合路器、方波整形器組成，X軸光柵傳感器輸出的第二路方波信號(hào)與時(shí)鐘發(fā)生器相連，時(shí)鐘發(fā)生器輸出間斷的時(shí)鐘信號(hào)給A/D模塊作為A/D信號(hào)采集時(shí)鐘；

所述數(shù)據(jù)傳輸模塊采用PCIE總線，實(shí)現(xiàn)FPGA控制主板與上位機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸功能；

所述上位機(jī)與FPGA交互通信，實(shí)現(xiàn)參數(shù)設(shè)置、掃描臺(tái)復(fù)位、連續(xù)掃描等操作指令，接收FPGA控制主板上傳的掃描數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)灰度成像。

如圖3、圖4、圖5、圖6、圖7所示，采用所述一種太赫茲連續(xù)波快速精準(zhǔn)掃描系統(tǒng)的掃描方法，當(dāng)光柵尺最小分辨率是1um，要對(duì)平面面積100mm*100mm的樣品進(jìn)行掃描，該方法包括以下步驟：

步驟(1)：操作人員在上位機(jī)程序中設(shè)置樣品掃描參數(shù)：樣品長(zhǎng)度l為100mm、樣品寬度h為100mm、掃描成像最小分辨率d為1mm、光柵尺最小分辨率n為1um；

步驟(2)：FPGA控制主板的FPGA控制器接收到掃描參數(shù)，設(shè)置成功返回上位機(jī)OK，繼續(xù)下一步，設(shè)置錯(cuò)誤返回Err，返回步驟(1)；

步驟(3)：操作人員選擇X、Y軸回原點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方向，發(fā)送掃描復(fù)位指令；

步驟(4)：FPGA控制器接收到掃描復(fù)位指令，控制X電機(jī)、Y軸電機(jī)按照設(shè)定方向運(yùn)行，復(fù)位結(jié)束后給上位機(jī)返回OK指令；

步驟(5)：上位機(jī)接收到復(fù)位結(jié)束指令時(shí)，操作者發(fā)送樣品掃描指令；

步驟(6)：FPGA控制器接收到樣品掃描指令，控制X軸電機(jī)進(jìn)行掃描,該行掃描結(jié)束后，掃描行變量LC加1，發(fā)送上位機(jī)行掃描結(jié)束指令；

步驟(7)：行掃描過(guò)程中，每掃過(guò)一個(gè)柵距1um，時(shí)鐘發(fā)生器給A/D模塊提供一次連續(xù)的工作時(shí)鐘，時(shí)鐘周期是100ns，使A/D模塊進(jìn)行模擬信號(hào)采集；

步驟(8)：FPGA控制器緩存A/D模塊采集的數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)達(dá)到20字節(jié)的設(shè)定容量后將數(shù)據(jù)上傳至上位機(jī)；

步驟(9)：上位機(jī)接收數(shù)據(jù)，繪制灰度圖像；

步驟(10)：行掃描結(jié)束后，F(xiàn)PGA控制器控制Y軸電機(jī)進(jìn)行列掃描，掃描步進(jìn)是1mm，重復(fù)步驟(6)至步驟(10)，當(dāng)100mm*100mm的樣品面積全部掃描結(jié)束時(shí)，結(jié)束循環(huán)，發(fā)送上位機(jī)掃描結(jié)束指令。

所述步驟(4)的具體過(guò)程包括：

步驟(4.1)：FPGA控制器中電機(jī)控制模塊發(fā)送脈沖信號(hào)、方向信號(hào)及使能信號(hào)給X軸、Y軸步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)X軸、Y軸電機(jī)按照設(shè)定方向運(yùn)動(dòng)，其中，脈沖信號(hào)周期是1us，電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的脈沖細(xì)分?jǐn)?shù)是5000，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的螺距是1mm，電機(jī)運(yùn)行速度是200mm/s；

步驟(4.2)：X軸步進(jìn)電機(jī)、Y軸步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)X軸光柵傳感器、Y軸光柵傳感器沿著標(biāo)尺光柵一起運(yùn)動(dòng)；

步驟(4.3)：FPGA控制器中掃描位置模塊實(shí)時(shí)接收、判斷X軸光柵傳感器、Y軸光柵傳感器輸出的中心點(diǎn)脈沖信號(hào)；

步驟(4.4)：當(dāng)X軸光柵傳感器輸出的中心點(diǎn)脈沖信號(hào)為高電平時(shí)，到達(dá)X軸標(biāo)尺光柵中心點(diǎn)，X軸電機(jī)停止運(yùn)行；

當(dāng)Y軸光柵傳感器輸出的中心點(diǎn)脈沖信號(hào)為高電平時(shí)，到達(dá)Y軸標(biāo)尺光柵中心點(diǎn)，Y軸電機(jī)停止運(yùn)行，

步驟(4.5)：X軸電機(jī)、Y軸電機(jī)停止運(yùn)動(dòng)后，發(fā)送上位機(jī)掃描復(fù)位結(jié)束指令。

所述步驟(6)的具體過(guò)程包括：

步驟(6.1)：定義變量并初始化，掃描行位置脈沖數(shù)：XC、掃描列位置脈沖數(shù)：YC、掃描行數(shù)：LC、掃描列數(shù)CC，并將上述變量初始化為零；

步驟(6.2)：當(dāng)掃描行數(shù)LC％2＝＝0時(shí)，電機(jī)向左運(yùn)動(dòng)，當(dāng)LC％2＝＝1時(shí)，電機(jī)向右運(yùn)動(dòng)，電機(jī)控制模塊連續(xù)發(fā)送脈沖信號(hào)給X軸步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，X軸電機(jī)帶動(dòng)樣品進(jìn)行行掃描，其中，脈沖信號(hào)周期是1us，電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的脈沖細(xì)分?jǐn)?shù)是5000，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的螺距是1mm，電機(jī)運(yùn)行速度是200mm/s；

步驟(6.3)：掃描位置模塊實(shí)時(shí)接收X軸光柵傳感器輸出的第一路方波信號(hào)，每接收一個(gè)方波信號(hào)，XC的數(shù)值加1；

步驟(6.4)：當(dāng)XC＝＝100000時(shí)，當(dāng)前行描述結(jié)束，X軸步進(jìn)電機(jī)停止運(yùn)動(dòng)，XC數(shù)值清零，LC加1；

步驟(6.5)：FPGA控制器發(fā)送上位機(jī)行掃描結(jié)束指令。

所述步驟(7)的具體過(guò)程包括：

在所述步驟(7)中，行掃描過(guò)程中，每掃過(guò)一個(gè)柵距1um，時(shí)鐘發(fā)生器給A/D模塊提供一次連續(xù)的工作時(shí)鐘，時(shí)鐘周期是100ns，使A/D模塊進(jìn)行模擬信號(hào)采集；

步驟(7.1)：行掃描過(guò)程中，X軸步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)X軸光柵傳感器沿著X軸標(biāo)尺光柵運(yùn)動(dòng)，當(dāng)走過(guò)的光柵位移達(dá)到一個(gè)柵距即步驟(1)所述的光柵尺最小分辨率1微米時(shí)，X軸光柵傳感器輸出兩路正交的方波信號(hào)；

步驟(7.2)：時(shí)鐘發(fā)生器接收X軸光柵傳感器輸出的第二路方波信號(hào)，并將該路信號(hào)分成9路，連接到9個(gè)延遲模塊；

步驟(7.3)：每個(gè)延遲模塊檢測(cè)到輸入方波信號(hào)的上升沿時(shí)，經(jīng)過(guò)預(yù)先設(shè)定的延遲時(shí)間后依次輸出9個(gè)高電平寬度為50ns的脈沖信號(hào)；

步驟(7.4)：9個(gè)延遲模塊輸出的脈沖信號(hào)連接到合路器，將9路脈沖信號(hào)合成為1路脈沖信號(hào)；

步驟(7.5)：合路器輸出的1路脈沖信號(hào)連接到方波整形器，使脈沖信號(hào)的邊沿更加陡峭，降低信號(hào)的抖動(dòng)；

步驟(7.6)：方波整形器輸出的脈沖信號(hào)作為時(shí)鐘信號(hào)，連接到A/D模塊上；

步驟(7.7)：A/D模塊檢測(cè)到時(shí)鐘上升沿時(shí)，進(jìn)行模擬量信號(hào)采集。

所述步驟(9)的具體過(guò)程包括：

步驟(9.1)：上位機(jī)定義二維數(shù)據(jù)矩陣D[L1][L2]，其中，L1＝100，L2＝100；

步驟(9.2)：將FPGA控制器上傳數(shù)據(jù)依據(jù)上傳行數(shù)及采樣點(diǎn)電壓數(shù)值的順序依次存入

矩陣D中；

步驟(9.3)：將每行采樣點(diǎn)電壓數(shù)值轉(zhuǎn)換為灰度值，灰度G計(jì)算公式：

G＝(V-Vmin)/(Vmax-Vmin)*255

其中，V為當(dāng)前采樣點(diǎn)電壓值，Vmin為二維數(shù)據(jù)矩陣D中所有采樣點(diǎn)的最小電壓值，Vmax為二維數(shù)據(jù)矩陣D中所有采樣點(diǎn)的最大電壓值；

步驟(9.4)：繪制灰度圖像。

所述步驟(10)中的具體過(guò)程包括：

步驟(10.1)：電機(jī)控制模塊驅(qū)動(dòng)Y軸電機(jī)帶動(dòng)樣品向下運(yùn)動(dòng)；

步驟(10.2)：掃描位置模塊實(shí)時(shí)接收Y軸光柵傳感器輸出的第一路方波信號(hào)，每接收一個(gè)方波信號(hào)，YC的數(shù)值加1；

步驟(10.3)：當(dāng)YC＝＝1000時(shí)，Y軸步進(jìn)電機(jī)停止運(yùn)動(dòng)，掃描列數(shù)CC加1；

步驟(10.4)：重復(fù)步驟(10.1)至步驟(10.3)，當(dāng)YC>100000時(shí)，樣品掃描全部結(jié)束，X、Y軸電機(jī)停止運(yùn)動(dòng)，F(xiàn)PGA控制器發(fā)送上位機(jī)掃描結(jié)束指令。

上述雖然結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行了描述，但并非對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動(dòng)即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護(hù)范圍以?xún)?nèi)。