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光学薄膜厚度的准确控制是制备光学薄膜的关键技术。目前国外的先进镀膜设备普遍实现了基于单点高精度监控或者宽光谱监控的自动控制。而国产设备基本上还停留在老式的极值法监控阶段,设备操作基本上全部由人来完成。由于操作者工作时带有人为的主观性和经验性,要及时准确判别关闭挡板的时间比较困难,难免误判。尤其是在极值点附近,光强信号的变化十分缓慢,如果仍由人工进行判断,很难保证镀膜的质量和重复性。
实验室里监控光学薄膜厚度用的CA-6E监控单元,它使用数码管显示反映光学薄膜厚度的电压值。其分辨率比较低,不能准确反映极值点附近电压值的变化,数码管的显示不直观和精确。同时,膜厚监控信号本身是毫伏级的信号,同时叠加了很强的噪声干扰,CA-6E监控单元的信息处理能力比较差,信号变化很不平稳,因而,用CA-6E监控单元进行监控时,难以准确判断极值点,误差较大。
本课题设计了一种基于ARM的嵌入式Linux实时光学薄膜厚度监控仪。该监控仪提供了与镀膜机CA-6E监控单元的接口,可以通过A/D转换模块将信号送进微处理器进行处理,然后通过LCD单元对处理后的信号波形和相关参数进行实时显示。同时,该系统设计了以太网接口,可以进行远程监控。
本论文主要讨论基于MiniGUI的图形用户界面(GUI,Graphic User Interface)的设计与实时厚度监控算法的研究与实现。它的主要特色体现在:
1、实现光学薄膜厚度监控的数字化和仪器化,并提供了友好的图形用户界面和强大的信号处理功能,这是国内第一次成功的尝试。
2、在分析了传统斜率法固有局限性的基础上,运用现代数字信号处理技术和建立数学模型,设计了一种新的光学薄膜厚度实时监控算法。
3、运用嵌入式系统技术、嵌入式Linux操作系统和自由软件MiniGUI等支持平台和技术,极大地提高了膜厚监控仪的系统性能,并降低了成本。
4、由于硬件系统采用以ARM为核心的架构,应用程序软件建立在操作系统之上,所以该系统的软硬件都有很好的扩展性。