论文摘要
随着便携电话、数字摄像和薄型TV等民用设备的迅猛发展,满足高密度化、小型化、灵活组装要求的柔性电路板(FPC,Flexible Printed Circuit)的市场需求急剧增长。在FPC的质量检测过程中,电参数的测量手段较多,但涉及产品寿命的参数,如微小裂纹、折痕等表面质量的检测以人工检验为主,不仅费时、效率低、易疲劳,且主观检验可考性低,相对于成熟的生产技术,FPC质量检测的低效率已成为制约生产效率的主要瓶颈。FPC表面质量检测主要是检测轮廓形状、几何形状尺寸与粗糙度(或表面微观形貌),其中表面微小尺寸的实时非接触测量是一个难点。在许多情况下,待测表面不连续,且有许多台阶高度。常用的干涉显微镜和光外差干涉仪,虽具有高的分辨力,但只能测量非常光滑且连续的表面。机械触针式仪器虽然测量范围大,但易划伤被测表面,不宜测量软质、带信息、易碎表面。因此,实际生产中急需一种能测量非连续表面、且集表面微观形貌与小尺寸测量于一体的实时非接触测量系统。课题“基于差动像散原理的FPC质量检测光学测头的研究”的目的就是为了研究一种高精度、非接触且实时性好的测量系统。本文主要完成了以下几方面任务:一、从测量系统的整体设计入手,确定了系统的主要组成部分——聚焦误差检测光学系统、光电转换系统、测试系统软件平台的设计方案,并进行了量程扩展的分析;二、根据激光束光学建立了差动像散法光学系统的数学模型,该模型比用几何光学建立的模型更准确,更接近实际测量情况,并用所建模型分析了不同光路参数对聚焦误差信号FES的影响,同时优化设计了光学系统的参数;三、对系统的硬件和软件部分分别进行了设计。硬件部分主要是在分析了光电检测过程中噪声的来源和抑制方法的基础上,设计了系统光电转换电路;同时建立了音圈电机的数学模型,这给设计系统调焦执行机构奠定了坚实的理论基础。软件部分主要包括软件平台的选择、软件系统的功能介绍以及软件系统的优化,其中软件系统的优化包括功能优化和性能优化;四、对系统进行详细调试,提高系统的精确性和稳定性,使用调试完毕的系统进行静特性测量,实验结果表明测量方法正确,且各项指标基本满足要求。
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摘要ABSTRACT第一章 绪论1.1 课题研究的背景和意义1.2 FPC质量自动检测的国内外研究现状1.2.1 自动光学检测技术1.2.1.1 自动光学检测技术的原理1.2.1.2 自动光学检测技术的国内外发展情况1.2.2 扫描探针检测技术1.2.2.1 物理光学探针1.2.2.2 几何光学探针1.2.3 各种方法的比较1.3 课题来源及主要研究内容1.3.1 课题来源1.3.2 主要研究内容第二章 测量系统的整体设计2.1 测量系统的原理2.2 聚焦检测光路的分析2.2.1 光源2.2.2 光学隔离器2.2.3 聚焦物镜2.2.4 四象限光电探测器2.3 量程扩展的研究2.3.1 动态差动像散法2.3.2 远焦光杠杆结构2.4 系统软件设计2.5 本章小结第三章 差动像散法光学系统的建模和分析3.1 引言3.2 基于激光束光学的光学系统模型3.2.1 模型建立3.2.2 FES信号仿真分析3.3 光学元件的安装位置对 FES的影响3.3.1 四象限光电探测器3.3.2 柱面镜、分束镜和调焦物镜3.4 本章小结第四章 系统硬件的分析与设计4.1 引言4.2 光电转换电路的分析与设计4.2.1 转换系统中的噪声来源4.2.2 电路的噪声特性4.2.2.1 噪声系数4.2.2.2 可检测的最小信号4.2.3 前置放大器元器件的选择4.2.4 光电转换电路结构4.2.4.1 I/V转换电路4.2.4.2 隔直电路4.2.4.3 加减法电路4.3 数据采集卡4.4 音圈电机4.4.1 调焦系统的工作原理4.4.2 调焦系统的数学模型4.5 本章小结第五章 系统软件的研究和开发5.1 引言5.2 虚拟仪器的软件基础5.2.1 输入/输出（I/O）接口软件5.2.2 仪器驱动程序5.2.3 应用软件5.3 图形化编程软件平台 LabVIEW5.4 用 LabVIEW设计虚拟仪器的方法5.5 用 LabVIEW进行数据分析5.6 测试系统应用软件的结构5.7 测试系统应用软件的功能5.7.1 登录模块5.7.2 实时显示模块5.7.3 理论仿真模块5.7.4 数据拟合模块5.7.5 模型仿真模块5.7.6 帮助模块5.8 测试系统应用软件的优化5.8.1 软件的功能优化5.8.2 软件的性能优化5.9 应用程序的发布5.10 本章小结第六章 系统调试6.1 引言6.2 系统硬件的调试6.2.1 光学平台的调试6.2.2 电路的调试6.3 系统软件的调试6.4 系统的静特性测量6.5 本章小结第七章 结论与展望7.1 结论7.2 论文创新性工作7.3 展望参考文献致谢硕士期间发表的论文附录
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