專利名稱：一種廣義橢偏儀的同步控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及廣義橢偏儀的控制技術(shù)，尤其涉及雙旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償器廣義橢偏儀的同步控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在基于光學(xué)原理的半導(dǎo)體納米結(jié)構(gòu)特征尺寸測量領(lǐng)域中，橢偏儀是一種最為常見的特征尺寸測量設(shè)備。它是一種利用光的偏振特性獲取待測樣品信息的通用光學(xué)測量儀器。其基本原理是通過起偏器將特殊的橢圓偏振光投射到待測樣品表面，通過測量待測樣品的反射光(或透射光)，以獲得偏振光在反射(或透射)前后的偏振狀態(tài)變化(包括振幅比和相位差)，進(jìn)而從中提取出待測樣品的信息。美國賓夕法尼亞州立大學(xué)的柯林斯等人(R.ff.Collins et al.，J.0pt.Soc.Am.A, Vol.16，pp.1997-2006，1999)提出 了雙旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償器型廣義橢偏儀測量方法，此種橢偏儀結(jié)構(gòu)中采用兩個(gè)旋轉(zhuǎn)的補(bǔ)償器來實(shí)現(xiàn)偏振光的相位的調(diào)制和解調(diào)。在實(shí)際測量過程中，它可測量光譜范圍廣，對(duì)環(huán)境溫度穩(wěn)定性要求低，且測量速度快。同時(shí)它可以在一次測量中獲得待測樣件的歸一化的4X4階穆勒矩陣共15個(gè)參數(shù)，而不需要改變測量系統(tǒng)配置。因而在半導(dǎo)體納米結(jié)構(gòu)特征尺寸測量中有著廣泛的應(yīng)用。在雙旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償器型廣義橢偏儀系統(tǒng)中，兩個(gè)補(bǔ)償器是核心部件，它是讓互相垂直的兩光振動(dòng)間產(chǎn)生附加光程差(或相位差)的光學(xué)器件。在柯林斯等人(R.W.Collins etal.，J.0pt.Soc.Am.A, Vol.16，pp.1997-2006，1999)指出在雙旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償器型廣義橢偏儀的測量和校準(zhǔn)過程中，必須確定光譜儀采集初始時(shí)刻兩補(bǔ)償器的光軸位置，才能正確保證測量結(jié)果的正確。這是由于系統(tǒng)在測量過程兩個(gè)補(bǔ)償器一直是處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，光譜儀采集的光譜數(shù)據(jù)只有與兩個(gè)補(bǔ)償器的光軸位置相對(duì)應(yīng)，才能夠計(jì)算分析出正確的結(jié)果。兩個(gè)補(bǔ)償器由兩臺(tái)中空伺服電機(jī)分別負(fù)載，電機(jī)在測量過程中轉(zhuǎn)速穩(wěn)定且不發(fā)生改變，所以只要確定光譜儀在采集數(shù)據(jù)的初始時(shí)刻兩補(bǔ)償器光軸的瞬時(shí)位置，即可以確定以后任意時(shí)刻補(bǔ)償器光軸的位置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種廣義橢偏儀的同步控制系統(tǒng)，該同步控制系統(tǒng)用于確定廣義橢偏儀設(shè)備中光譜儀采集數(shù)據(jù)初始時(shí)刻補(bǔ)償器光軸的瞬時(shí)位置。本發(fā)明提供的一種廣義橢偏儀的同步控制系統(tǒng)，其特征在于，它包括計(jì)算機(jī)、光譜儀、伺服電機(jī)控制器、第一增量式編碼器、第二增量式編碼器、第一補(bǔ)償器、第一中空伺服電機(jī)、第二中空伺服電機(jī)、第二補(bǔ)償器和單片機(jī)；第一中空伺服電機(jī)、第二中空伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速不同，第一增量式編碼器設(shè)置在第一中空伺服電機(jī)內(nèi)，第二增量式編碼器設(shè)置在第二中空伺服電機(jī)內(nèi)；第一補(bǔ)償器安裝在第一中空伺服電機(jī)端面上，第二補(bǔ)償器安裝在第二中空伺服電機(jī)端面上；第一中空伺服電機(jī)和第二中空伺服電機(jī)均通過伺服電機(jī)控制器與計(jì)算機(jī)相連；第一中空伺服電機(jī)內(nèi)部的第一增量式編碼器的Z向信號(hào)線引出后連接單片機(jī)的第一中斷口上，第二中空伺服電機(jī)內(nèi)部的第二增量式編碼器的Z向信號(hào)線引出后連接到單片機(jī)；單片機(jī)與計(jì)算機(jī)電連接；光譜儀分別與計(jì)算機(jī)及單片機(jī)電連接；計(jì)算機(jī)用于控制光譜儀和單片機(jī)的工作，并通過伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器控制第一、第二中空伺服電機(jī)的同步運(yùn)動(dòng)；同時(shí)根據(jù)單片機(jī)的返回時(shí)間和第一、第二中空伺服電機(jī)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，計(jì)算出光譜儀采集初始時(shí)刻兩補(bǔ)償器光軸的位置；單片機(jī)用于捕捉并比較第一、第二增量式編碼器的Z向信號(hào)，使得單片機(jī)先接收第一中空伺服電機(jī)的信號(hào)，并在設(shè)定時(shí)間內(nèi)接收第二中空伺服電機(jī)的信號(hào)，再觸發(fā)光譜儀采集光譜數(shù)據(jù)，還向計(jì)算機(jī)返回其內(nèi)部計(jì)時(shí)器時(shí)間。作為上述技術(shù)方案的改進(jìn)，計(jì)算機(jī)內(nèi)設(shè)置有中空伺服電機(jī)控制模塊、光譜儀控制模塊以及單片機(jī)控制模塊；其中，伺服電機(jī)控制模塊主要完成第一、第二中空伺服電機(jī)運(yùn)動(dòng)參數(shù)的設(shè)置以及第一、第二中空伺服電機(jī)相應(yīng)運(yùn)行動(dòng)作的控制，同時(shí)可以接收來自伺服電機(jī)控制器的返回信息；光譜儀控制模塊主要用于在第一、第二中空伺服電機(jī)開始運(yùn)行后對(duì)光譜儀參數(shù)的設(shè)置以及光譜儀基本行為的控制，同時(shí)接收并儲(chǔ)存光譜儀所采集的光譜數(shù)據(jù)；單片機(jī)控制模塊主要用于在完成譜儀參數(shù)的設(shè)置后起動(dòng)單片機(jī)，完成對(duì)單片機(jī)基本行為的控制，同時(shí)接收并儲(chǔ)存單片機(jī)計(jì)時(shí)器的返回時(shí)間t。作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，單片機(jī)內(nèi)設(shè)置有中斷口信號(hào)捕捉模塊、計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)判斷模塊和引腳電平控制模塊；中斷口信號(hào)捕捉模塊用于先打開與第一中空伺服電機(jī)的第一中斷口，并根據(jù)計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)判斷模塊提供的信號(hào)關(guān)機(jī)第一中斷口打開與第二中空伺服電機(jī)相連的第二中斷口 ；計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)判斷模塊用于打開單片機(jī)的計(jì)時(shí)器，并判斷計(jì)時(shí)器是否溢出，并將信號(hào)提供給中斷口信號(hào)捕捉模塊，計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)判斷模塊還用于將計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)t返回給計(jì)算機(jī)；引腳電平控制模塊用于在接收到第二中空伺服電機(jī)時(shí)，使單片機(jī)對(duì)應(yīng)的引腳保持高電平，觸發(fā)光譜儀工作。同現(xiàn)有的橢偏儀控制系統(tǒng)相比，本發(fā)明提供的同步控制系統(tǒng)以捕捉補(bǔ)償器的負(fù)載伺服電機(jī)位置信號(hào)為核心，通過設(shè)置特定的伺服電機(jī)位置以及對(duì)應(yīng)補(bǔ)償器的安裝式來確定任意時(shí)刻補(bǔ)償器的光軸位置，并利用單片機(jī)捕捉伺服電機(jī)內(nèi)部增量式編碼器自有的Z向零位信號(hào)來作為同步光譜儀采儀數(shù)據(jù)的關(guān)鍵，可以實(shí)現(xiàn)在雙旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償器型廣義橢偏儀測量中確定光譜采集初始時(shí)刻兩個(gè)補(bǔ)償器光軸的瞬時(shí)位置。本同步控制系統(tǒng)單次同步過程速度快、精度高，同時(shí)表現(xiàn)出優(yōu)異的測量重復(fù)性和穩(wěn)定性，且整體結(jié)構(gòu)緊湊，操作方法簡單，實(shí)現(xiàn)方便，在廣義橢偏儀同步控制領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用前景。


圖1是雙旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償器型廣義橢偏儀同步控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是單片機(jī)與外部硬件連接示意圖；圖3是第一補(bǔ)償器與第一中空伺服電機(jī)的安裝示意圖；圖4是計(jì)算機(jī)的控制操作流程示意圖；圖5是單片機(jī)程序基本流程圖；圖6是雙旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償器型廣義橢偏儀的同步控制過程時(shí)序圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步說明。在此需要說明的是，對(duì)于這些實(shí)施方式的說明用于幫助理解本發(fā)明，但并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限定。此外，下面所描述的本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。如圖1所示，本發(fā)明實(shí)例提供的同步控制系統(tǒng)中至少包括計(jì)算機(jī)1、光譜儀2、伺服電機(jī)控制器3、第一增量式編碼器4、第二增量式編碼器5、第一補(bǔ)償器6、第一中空伺服電機(jī)
7、第二中空伺服電機(jī)8、第二補(bǔ)償器9和單片機(jī)10。第一中空伺服電機(jī)7、第二中空伺服電機(jī)8轉(zhuǎn)速不同，現(xiàn)設(shè)第一中空伺服電機(jī)7的轉(zhuǎn)速快于第二中空伺服電機(jī)8的轉(zhuǎn)速，第一增量式編碼器4設(shè)置在第一中空伺服電機(jī)7內(nèi)，第二增量式編碼器5設(shè)置在第二中空伺服電機(jī)8內(nèi)。第一補(bǔ)償器6安裝在第一中空伺服電機(jī)7端面上，第二補(bǔ)償器9安裝在第二中空伺服電機(jī)8端面上；第一中空伺服電機(jī)7和第二中空伺服電機(jī)8均通過伺服電機(jī)控制器3與計(jì)算機(jī)I相連；第一中空伺服電機(jī)7內(nèi)部的第一增量式編碼器4的Z向信號(hào)線引出后連接單片機(jī)10的第一中斷口上，第二中空伺服電機(jī)8內(nèi)部的第二增量式編碼器5的Z向信號(hào)線引出后連接到單片機(jī)10第二中斷口上；單片機(jī)10通過串口與計(jì)算機(jī)I相連；光譜儀2通過USB端口與計(jì)算機(jī)I相連接，其I/O 口中脈沖接收端與單片機(jī)10脈沖輸出端引腳連接。計(jì)算機(jī)I用于控制光譜儀2和單片機(jī)10的工作并通過伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器3控制第一、第二中空伺服電機(jī)7、8的同步運(yùn)動(dòng)。同時(shí)根據(jù)單片機(jī)10的返回時(shí)間和兩中空伺服電機(jī)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)計(jì)算出光譜儀2采集初始時(shí)刻兩補(bǔ)償器光軸的位置。單片機(jī)10用于捕捉并比較第一、第二增量式編碼器4，5的Z向信號(hào)，在信號(hào)滿足內(nèi)部程序要求時(shí)觸發(fā)光譜儀2采集光譜數(shù)據(jù)，并向計(jì)算機(jī)I返回其內(nèi)部計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)t。下面舉例具體說明計(jì)算機(jī)I和單片機(jī)10的功能模塊構(gòu)成。計(jì)算機(jī)I內(nèi)設(shè)置有中空伺服電機(jī)控制模塊、光譜儀控制模塊以及單片機(jī)控制模塊。其中，伺服電機(jī)控制模塊主要完成第一、第二中空伺服電機(jī)7、8運(yùn)動(dòng)參數(shù)的設(shè)置以及第一、第二中空伺服電機(jī)7、8相應(yīng)運(yùn)行動(dòng)作的控制，同時(shí)可以接收來自伺服電機(jī)控制器3的返回信息；光譜儀控制模塊主要完成對(duì)光譜儀2參數(shù)的設(shè)置以及光譜儀2基本行為的控制，同時(shí)可以接收并儲(chǔ)存光譜儀2所采集的光譜數(shù)據(jù)；單片機(jī)控制模塊主要完成對(duì)單片機(jī)10基本行為的控制，同時(shí)可以接收并儲(chǔ)存單片機(jī)10計(jì)時(shí)器的返回時(shí)間t。計(jì)算機(jī)中各模塊的工作過程如下:(I)中空伺服電機(jī)控制模塊完成第一、第二中空伺服電機(jī)7、8運(yùn)動(dòng)參數(shù)的設(shè)置，并通過伺服電機(jī)控制3操作兩中空伺服電機(jī)回到零位，零位以各自增量式編碼器Z向信號(hào)為基準(zhǔn)。然后以設(shè)定的運(yùn)動(dòng)參數(shù)同步起動(dòng)第一、第二中空伺服電機(jī)7、8.。(2)通過光譜儀控制模塊完成對(duì)光譜儀2的系統(tǒng)參數(shù)的配置，并將光譜儀2置于外觸發(fā)模式下。(3)通過單片機(jī)控制模塊打開單片機(jī)10，在單片機(jī)10工作完成后，向計(jì)算機(jī)I返回其計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)t。(4)分別通過中空伺服電機(jī)控制模塊、光譜儀控制模塊和單片機(jī)控制模塊停止第一、第二中空伺服電機(jī)7、8，光譜儀2和單片機(jī)I。單片機(jī)10內(nèi)設(shè)置有中斷口信號(hào)捕捉模塊、計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)判斷模塊和引腳電平控制模塊。其工作過程為:(一)、單片機(jī)10打開后通過中斷口信號(hào)捕捉模塊打開第一中斷口a，當(dāng)?shù)谝恢袛嗫?a捕捉到信號(hào)時(shí)關(guān)閉第一中斷口 a打開第二中斷口 b。并通過計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)判斷模塊打開單片機(jī)10的計(jì)時(shí)器，并判斷計(jì)時(shí)器是否溢出；(二)、若計(jì)時(shí)器溢出則，重新開始步驟(一)；(三)、若在計(jì)時(shí)器未溢出時(shí)第二中斷口 b捕捉到信號(hào)，則通過引腳電平控制模塊使單片機(jī)10對(duì)應(yīng)的引腳保持高電平，高電平持續(xù)時(shí)間由引腳電平控制模塊設(shè)定；(四)單片機(jī)10通過計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)判斷模塊將計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)t返回給計(jì)算機(jī)I。本發(fā)明系統(tǒng)的詳細(xì)操作過程如下:第一步，完成雙旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償器型廣義橢偏儀同步控制系統(tǒng)的硬件設(shè)備的連接。(1.1)完成計(jì)算機(jī)I與光譜儀2、伺服電機(jī)控制器3和單片機(jī)10的正常連接，其中光譜儀2與計(jì)算機(jī)I通過標(biāo)準(zhǔn)USB數(shù)據(jù)線連接；第一中空伺服電機(jī)7和第二中空伺服電機(jī)8與伺服電機(jī)控制器3連接后，伺服電機(jī)控制器3也通過標(biāo)準(zhǔn)USB數(shù)據(jù)線與計(jì)算機(jī)I連接；單片機(jī)10通過串口與計(jì)算機(jī)I連接。(1.2)完成單片機(jī)10與外接硬件連接。圖2為單片機(jī)10與外接硬件連接示意圖。第一，引出第一增量式編碼器4和第二增量式編碼器5的Z向信號(hào)線與參考地線；第二，將第一增量式編碼器4的Z向信號(hào)線和參考地線分別連接到單片機(jī)10第一中斷口 a引腳與GND引腳；第三，將第二增量式編碼器5的Z向信號(hào)線和參考地線分別連接到單片機(jī)10第二中斷口 b引腳與GND引腳；第四，將單片機(jī)10的Pl.1引腳和GND弓丨腳分別與光譜儀2的Trigger引腳和GND引腳連接；第五，將單片機(jī)10的RXD、TXD和GND引腳通過串口轉(zhuǎn)換芯片與計(jì)算機(jī)I標(biāo)準(zhǔn)串口連接。(1.3)在完成(I)、(2)兩步后雙旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償器型廣義橢偏儀的同步控制系統(tǒng)硬件設(shè)備連接已經(jīng)完成。然后需要將第一補(bǔ)償器6安裝到第一中空伺服電機(jī)7上，將第二補(bǔ)償器9安裝到第二中空伺服電機(jī)8上。首先，計(jì)算機(jī)I通過伺服電機(jī)控制器3控制第一中空伺服電機(jī)7回到其第一增量式編碼器4的參考零位，第二中空伺服電機(jī)8回到其第二增量式編碼器5的參考零位，參考零位是以兩增量式編碼器的Z向信號(hào)為基準(zhǔn)；第二，將第一補(bǔ)償器6安裝到第一中空伺服電機(jī)7上，將第二補(bǔ)償器9安裝到第二中空伺服電機(jī)8上。圖3為第一補(bǔ)償器6與第一中空伺服電機(jī)7安裝不意圖。由于第一中空伺服電機(jī)7輸出軸無法直接與第一補(bǔ)償器6連接，本發(fā)明中采用外接套筒13進(jìn)行轉(zhuǎn)接。套筒13左端與第一中空伺服電機(jī)7通過緊固螺釘11實(shí)現(xiàn)連接，套筒13右端與第一補(bǔ)償器6通過緊固螺釘12連接。圖3中的第一中空伺服電機(jī)6已經(jīng)回到了零位，在完成套筒13與第一中空伺服電機(jī)6緊固連接后，在套筒13右端安裝上第一補(bǔ)償器6。以坐標(biāo)系15為參考坐標(biāo)系，坐標(biāo)系15的X軸方向即為水平方向，第一補(bǔ)償器6光軸14沿水平方向放置完成后，通過螺釘12緊固在套筒13上。(1.4)按照上述步驟完成后，雙旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償器型廣義橢偏儀同步控制系統(tǒng)的連接就已經(jīng)完成。計(jì)算機(jī)的控制操作流程如圖4所示。計(jì)算機(jī)I通過USB端口發(fā)送控制命令給伺服電機(jī)控制器3,從而控制第一中空伺服電機(jī)7和第二中空伺服電機(jī)8。第一中空伺服電機(jī)7的第一增量式編碼器4和第二中空伺服電機(jī)的第二增量式編碼器5返回脈沖經(jīng)過伺服電機(jī)控制器3后，作為位置信號(hào)返回給計(jì)算機(jī)I。而計(jì)算機(jī)I通過USB端口發(fā)送設(shè)置參數(shù)給光譜儀2，光譜儀2在采集完成后將光譜數(shù)據(jù)存在計(jì)算機(jī)I中。單片機(jī)10與計(jì)算機(jī)I通過串口連接，單片機(jī)10將其計(jì)時(shí)器記錄的時(shí)間t返回給計(jì)算機(jī)I。第二步，使用已連接好的雙旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償器型廣義橢偏儀同步控制系統(tǒng)開始一次光譜數(shù)據(jù)采集工作。(2.1)計(jì)算機(jī)I通過伺服電機(jī)控制器3操縱第一中空伺服電機(jī)7和第二中空伺服電機(jī)8回到各自的零位；其零位是以各自增量式編碼器Z向信號(hào)為基準(zhǔn)。(2.2)在計(jì)算機(jī)I在伺服電機(jī)控制器3中配置第一中空伺服電機(jī)7的轉(zhuǎn)速為L*w，第二中空伺服電機(jī)8的轉(zhuǎn)速為M*w。并將第一中空伺服電機(jī)7設(shè)置為主，第二中空伺服電機(jī)8設(shè)為從，控制兩電機(jī)開始同步旋轉(zhuǎn)。(2.3)在計(jì)算機(jī)I光譜儀2軟件中配置光譜儀2的積分時(shí)間Λ t，光譜采集點(diǎn)數(shù)為N,采集模式為高電平觸發(fā)采集模式(Level Trigger),光譜存儲(chǔ)路徑可設(shè)在計(jì)算機(jī)I任意空間。配置完上述參數(shù)后，讓光譜儀2處于等待觸發(fā)脈沖模式。(2.4)打開已載入程序的單片機(jī)10，圖5為單片機(jī)程序基本流程圖，其過程為:第bl步，單片機(jī)10打開其與第一增量式編碼器4相連的第一中斷口 a且Pl.1引角保持低電平；第b2步，單片機(jī)10的第一中斷口 a收到第一增量式編碼器4的Z向信號(hào)，即表示單片機(jī)接收到一個(gè)中斷信號(hào)；第b3步，當(dāng)單片機(jī)10接收第一中斷口 a收到中斷信號(hào)后，就立刻關(guān)閉第一中斷口
a,以避免二次中斷。同時(shí)打開第二中斷口 b和單片機(jī)內(nèi)部計(jì)時(shí)器。第b4步，判斷單片機(jī)10計(jì)時(shí)器是否溢出，若溢出則關(guān)閉計(jì)時(shí)器及第二中斷口 b并返回第bl步，重新開始運(yùn)行單片機(jī)10的程序。若未溢出則執(zhí)行第b5步；第b5步，判斷單片機(jī)10第二中斷口 b是否接收到第二增量式編碼器5的Z向信號(hào)，若未接收Z向信號(hào)到則返回第b4步，若接收到Z向信號(hào)則向下執(zhí)行第b6步；第b6步，關(guān)閉單片機(jī)10的計(jì)時(shí)器及第二中斷口 b，保持與光譜儀2相連的Pl.1引腳高電平，持續(xù)時(shí)間為T。T的值與光譜儀2的積分時(shí)間Λ t和光譜采集點(diǎn)數(shù)N有關(guān)。保證Pl.1角高電平持續(xù)時(shí)間T大于光譜儀2的總采集時(shí)間即可，如公式(I)所示T 彡 AtXN (I)第b7步，Pl.1引腳保持低電平，單片機(jī)10通過串口向計(jì)算機(jī)I返回計(jì)時(shí)器記錄時(shí)間t。(2.5)光譜儀2識(shí)別到單片機(jī)10的Pl.1引腳的高電平，立刻開始采光譜數(shù)據(jù)，采集完成后存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)I中。(2.6)通過計(jì)算機(jī)I操作伺服電機(jī)控制器3停止兩中空伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，關(guān)閉光譜儀2和伺服電機(jī)控制器3、單片機(jī)10。第三步，根據(jù)單片機(jī)10返回的計(jì)時(shí)器的時(shí)間t，計(jì)算出第一中空伺服電機(jī)7和第二中空伺服電機(jī)8在光譜儀2開始采集時(shí)刻的位置。圖6為雙旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償器型廣義橢偏儀同步控制過程時(shí)序圖?？梢娫诠庾V儀2開始采集的時(shí)刻，第二中空伺服電機(jī)8正好回到零位，而在第二中空伺服電機(jī)8的零位時(shí)第二補(bǔ)償器9是水平安裝的，即角度為0°。第一中空伺服電機(jī)7在光譜儀采集時(shí)刻，相對(duì)于其零位轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)間為計(jì)時(shí)器時(shí)間t，而轉(zhuǎn)速已知，由公式
(2)算出第一中空伺服電機(jī)7相對(duì)于零位轉(zhuǎn)過的角度。
P = Lxwxt(2) 而第一補(bǔ)償器6在第一中空伺服電機(jī)7位于零位時(shí)是水平安裝，所以P即是第一補(bǔ)償器6在光譜儀2采集時(shí)刻的角度。上述步驟僅以一種單片機(jī)的連接方式(P1.1引角作為脈沖輸出端)和一種補(bǔ)償器安裝方式(電機(jī)回零水平安裝)為例。對(duì)于其他單片機(jī)的連接方式及補(bǔ)償器安裝方式的廣義橢偏儀(如將伺服電機(jī)在其它特定偏置角度作為單片機(jī)位置的判斷標(biāo)準(zhǔn)，補(bǔ)償器以其它特定偏置安裝，單片機(jī)使用其它引腳與光譜儀連接等)，本同步控制系統(tǒng)同樣適用。本發(fā)明不僅局限于上述具體實(shí)施方式
，本領(lǐng)域一般技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明公開的內(nèi)容，可以采用其它多種具體實(shí)施方式
實(shí)施本發(fā)明，因此，凡是采用本發(fā)明的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和思路，做一些簡單的變化或更改的設(shè)計(jì)，都落入本發(fā)明保護(hù)的范圍。
權(quán)利要求
1.一種廣義橢偏儀的同步控制系統(tǒng)，其特征在于，它包括計(jì)算機(jī)、光譜儀、伺服電機(jī)控制器、第一增量式編碼器、第二增量式編碼器、第一補(bǔ)償器、第一中空伺服電機(jī)、第二中空伺服電機(jī)、第二補(bǔ)償器和單片機(jī)； 第一中空伺服電機(jī)、第二中空伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速不同，第一增量式編碼器設(shè)置在第一中空伺服電機(jī)內(nèi)，第二增量式編碼器設(shè)置在第二中空伺服電機(jī)內(nèi)； 第一補(bǔ)償器安裝在第一中空伺服電機(jī)端面上，第二補(bǔ)償器安裝在第二中空伺服電機(jī)端面上；第一中空伺服電機(jī)和第二中空伺服電機(jī)均通過伺服電機(jī)控制器與計(jì)算機(jī)相連；第一中空伺服電機(jī)內(nèi)部的第一增量式編碼器的Z向信號(hào)線引出后連接單片機(jī)的第一中斷口上，第二中空伺服電機(jī)內(nèi)部的第二增量式編碼器的Z向信號(hào)線引出后連接到單片機(jī)；單片機(jī)與計(jì)算機(jī)電連接；光譜儀分別與計(jì)算機(jī)及單片機(jī)電連接； 計(jì)算機(jī)用于控制光譜儀和單片機(jī)的工作，并通過伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器控制第一、第二中空伺服電機(jī)的同步運(yùn)動(dòng)；同時(shí)根據(jù)單片機(jī)的返回時(shí)間和第一、第二中空伺服電機(jī)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，計(jì)算出光譜儀采集初始時(shí)刻兩補(bǔ)償器光軸的位置； 單片機(jī)用于捕捉并比較第一、第二增量式編碼器的Z向信號(hào)，使得單片機(jī)先接收第一中空伺服電機(jī)的信號(hào)，并在 設(shè)定時(shí)間內(nèi)接收第二中空伺服電機(jī)的信號(hào)，再觸發(fā)光譜儀采集光譜數(shù)據(jù)，還向計(jì)算機(jī)返回其內(nèi)部計(jì)時(shí)器時(shí)間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種廣義橢偏儀的同步控制系統(tǒng)，其特征在于，計(jì)算機(jī)內(nèi)設(shè)置有中空伺服電機(jī)控制模塊、光譜儀控制模塊以及單片機(jī)控制模塊；其中，伺服電機(jī)控制模塊主要完成第一、第二中空伺服電機(jī)運(yùn)動(dòng)參數(shù)的設(shè)置以及第一、第二中空伺服電機(jī)相應(yīng)運(yùn)行動(dòng)作的控制，同時(shí)可以接收來自伺服電機(jī)控制器的返回信息；光譜儀控制模塊主要用于在第一、第二中空伺服電機(jī)開始運(yùn)行后對(duì)光譜儀參數(shù)的設(shè)置以及光譜儀基本行為的控制，同時(shí)接收并儲(chǔ)存光譜儀所采集的光譜數(shù)據(jù)；單片機(jī)控制模塊主要用于在完成譜儀參數(shù)的設(shè)置后起動(dòng)單片機(jī)，完成對(duì)單片機(jī)基本行為的控制，同時(shí)接收并儲(chǔ)存單片機(jī)計(jì)時(shí)器的返回時(shí)間t。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種廣義橢偏儀的同步控制系統(tǒng)，其特征在于，單片機(jī)內(nèi)設(shè)置有中斷口信號(hào)捕捉模塊、計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)判斷模塊和引腳電平控制模塊；中斷口信號(hào)捕捉模塊用于先打開與第一中空伺服電機(jī)的第一中斷口，并根據(jù)計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)判斷模塊提供的信號(hào)關(guān)機(jī)第一中斷口打開與第二中空伺服電機(jī)相連的第二中斷口 ；計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)判斷模塊用于打開單片機(jī)的計(jì)時(shí)器，并判斷計(jì)時(shí)器是否溢出，并將信號(hào)提供給中斷口信號(hào)捕捉模塊，計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)判斷模塊還用于將計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)t返回給計(jì)算機(jī)；引腳電平控制模塊用于在接收到第二中空伺服電機(jī)時(shí)，使單片機(jī)對(duì)應(yīng)的引腳保持高電平，觸發(fā)光譜儀工作。
全文摘要
本發(fā)明屬于廣義橢偏儀的控制技術(shù)，具體為一種廣義橢偏儀的同步控制系統(tǒng)。該同步控制系統(tǒng)至少包括第一、第二中空伺服電機(jī)及其內(nèi)置的增量式編碼器、伺服電機(jī)控制器、兩個(gè)補(bǔ)償器、光譜儀、計(jì)算機(jī)和單片機(jī)。其中伺服電機(jī)控制器、光譜儀分別與計(jì)算機(jī)通過USB端口連接，單片機(jī)通過串口與計(jì)算機(jī)相連，同時(shí)單片機(jī)對(duì)應(yīng)引腳又分別與兩中空伺服電機(jī)編碼器Z向信號(hào)線和光譜儀I/O口連接。光譜儀識(shí)別到高電平并在高電平持續(xù)時(shí)間內(nèi)完成光譜數(shù)據(jù)采集；根據(jù)計(jì)時(shí)器返回時(shí)間就可以計(jì)算出光譜儀開始采集時(shí)刻兩補(bǔ)償器光軸的位置。該方法可以精確控制并計(jì)算出光譜儀開始采集時(shí)刻兩中空伺服電機(jī)中補(bǔ)償器光軸的位置，裝置簡易，操作簡單。
文檔編號(hào)G05D3/12GK103217988SQ20131008953
公開日2013年7月24日 申請(qǐng)日期2013年3月20日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月20日
發(fā)明者劉世元, 杜衛(wèi)超, 張傳維, 陳修國, 陳錦, 谷洪剛 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)