1.一種太赫茲連續(xù)波快速精準(zhǔn)掃描系統(tǒng),其特征是,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X軸光柵尺及Y軸光柵尺實(shí)現(xiàn)掃描過程中的精確定位;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。
2.如權(quán)利要求1所述一種太赫茲連續(xù)波快速精準(zhǔn)掃描系統(tǒng),其特征是,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。
3.如權(quán)利要求2所述一種太赫茲連續(xù)波快速精準(zhǔn)掃描系統(tǒng),其特征是,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。
4.如權(quán)利要求3所述一種太赫茲連續(xù)波快速精準(zhǔn)掃描系統(tǒng),其特征是,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。
5.采用權(quán)利要求4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,其特征是,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):行掃描過程中,每掃過一個(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。
6.如權(quán)利要求4所述的掃描方法,其特征是,所述步驟(4)的具體過程包括:
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。
7.如權(quán)利要求4所述的掃描方法,其特征是,所述步驟(6)的具體過程包括:
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。
8.如權(quán)利要求4所述的掃描方法,其特征是,所述步驟(7)的具體過程包括:
步驟(7.1):行掃描過程中,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。
9.如權(quán)利要求4所述的掃描方法,其特征是,所述步驟(9)中的具體過程包括:
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。
10.如權(quán)利要求4所述的掃描方法,其特征是,所述步驟(10)的具體過程包括:
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。