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基本信息
- 項目名稱：
- 硅片成膜生產(chǎn)線上皮帶速度的光電檢測系統(tǒng)開發(fā)
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 根據(jù)某公司的生產(chǎn)線上傳輸帶的打滑、卡緊等傳輸帶與電機(jī)輸出軸出現(xiàn)運動不一致的現(xiàn)象，致使光電編碼器的檢測方式失去效用，本文開發(fā)出一種用于生產(chǎn)線的非接觸式皮帶速度的光電檢測系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用OM02光電檢測芯片組，配合單片機(jī)與Labview圖像顯示軟件，從而實時監(jiān)測皮帶的運行過程。經(jīng)實驗對比，該系統(tǒng)能滿足廠家提出的精度與速度范圍的要求，并可有效解決生產(chǎn)線上所需的問題。
- 詳細(xì)介紹：
- 檢測器件介紹 針對現(xiàn)有測速方法的不足，我們提出采用非接觸式光電傳感器進(jìn)行檢測。該OM02檢測器件是一款光學(xué)CMOS傳感器，主要應(yīng)用于個人計算機(jī)上的光電鼠標(biāo)上。它集成有數(shù)字信號處理器（DSP）、雙通道正交輸出端口等。在芯片底部有一個感光眼，能夠不斷的對物體進(jìn)行拍照，并將前后兩次圖像送入DSP中進(jìn)行處理，得到移動的方向和距離。DSP產(chǎn)生的位移值，轉(zhuǎn)換成雙通道正交信號，配合相應(yīng)芯片控制器，將雙通道正交信號轉(zhuǎn)結(jié)成單片機(jī)能夠處理的PS/2數(shù)據(jù)格式。設(shè)備安裝在一套塑料的光學(xué)透鏡設(shè)備上，并一個配備有一個高強(qiáng)度的LED。此外，他可提供高達(dá)400點/英寸的分辨率以及16英寸/秒以內(nèi)的速度檢測。 OM02芯片為CMOS型傳感器，因此必須配備有與之相適應(yīng)的高強(qiáng)度發(fā)光二極管，發(fā)射角度與底板夾角30°～45°范圍內(nèi)。在標(biāo)準(zhǔn)安裝配合后，底板距離工作表面的有效距離在0mm～2mm內(nèi)，OM02芯片可進(jìn)行正常的數(shù)據(jù)接收檢測。 檢測系統(tǒng)設(shè)計 機(jī)械傳動系統(tǒng)作為機(jī)器的重要組成部分,不僅應(yīng)能實現(xiàn)預(yù)期功能,而且應(yīng)具有良好性能。為此,本實驗采用三相交流異步電機(jī)（Y2-63M1-4型，0.12KW）、，40:1蝸輪蝸桿減速器、同步帶減速、帶傳輸裝置、軸承座等作為模擬工業(yè)設(shè)備的主要的傳動及執(zhí)行部分。 試驗系統(tǒng)采用變頻器輸出恒頻率，控制電機(jī)帶動傳送帶轉(zhuǎn)動，采用光電傳感器、光電編碼器、手持式測速表三種測量工具進(jìn)行橫向比較。光電傳感器數(shù)據(jù)通過RS232傳送到PC上位機(jī)，光電編碼器數(shù)據(jù)通過LCD液晶屏顯示，手持式測速表由自帶的屏幕顯示。 非接觸式光電傳感器鼠標(biāo)芯片組采用OM02芯片作為檢測芯片，結(jié)合使用Elan EM84510F芯片作為控制芯片。其硬件設(shè)計圖如下所示。在整個檢測系統(tǒng)中，芯片組所檢測到的位移數(shù)據(jù)傳送給AT89S51單片機(jī)，轉(zhuǎn)換成速度數(shù)據(jù)后，再通過MAX232串口發(fā)送給PC上位機(jī)顯示。 其控制芯片與單片機(jī)的數(shù)據(jù)通信方式采用PS/2通信協(xié)議。PS/2傳感器的物理接口為6腳圓形接口，使用中只需1引腳Data、3引腳GND、4引腳+5VPower和5引腳Clock這4個引腳即可。 控制芯片組履行一種雙向同步串行通信協(xié)議，在時鐘信號的作用下串行發(fā)送或者接受數(shù)據(jù)。通常情況下，單片機(jī)在總線上具有總線控制優(yōu)先權(quán)，可在任何時候抑制來自于芯片組的通信。從芯片組到單片機(jī)的數(shù)據(jù)在時鐘的下降沿被讀取，相反，單片機(jī)到芯片組的數(shù)據(jù)在時鐘的上升沿被讀取。時鐘信號總由芯片組提供，時鐘頻率一般在10~20KHz。 通過單片機(jī)的串口發(fā)送，在LabVIEW中編寫程序來完成PC 機(jī)控制數(shù)據(jù)通信設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，并通過串口接收外部數(shù)據(jù)并進(jìn)行圖形顯示，當(dāng)速度值超過預(yù)設(shè)值時，實施報警。 Labview中主要是使用VISA控件實現(xiàn)串行口直接數(shù)據(jù)通信，而單片機(jī)通過RS-232串行接口和Labview實現(xiàn)數(shù)據(jù)的通信。使用read string控件對數(shù)據(jù)進(jìn)行接收，并通過Waveform graph控件來顯示實時波形。本labview程序克服數(shù)據(jù)不能連續(xù)不斷接收的缺點，實現(xiàn)了不間斷的接收單片機(jī)發(fā)送的串口數(shù)據(jù)包。因串口接收到的數(shù)據(jù)是字符型的，而我們所需要的是整型，因可通過強(qiáng)制轉(zhuǎn)換將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為單精度整型。創(chuàng)建數(shù)組將數(shù)據(jù)和數(shù)組初始化相結(jié)合得到一個完整的數(shù)組，通過Waveform graph控件以及移位寄存器即可實現(xiàn)上位機(jī)的實時顯示與記錄。 用戶在該界面中進(jìn)行速度預(yù)設(shè)值的設(shè)置，當(dāng)實際檢測速度出現(xiàn)超出預(yù)設(shè)定值時，系統(tǒng)將給予報警。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 在硅片生產(chǎn)現(xiàn)場，硅片隨著帶一起運動，經(jīng)過三個硅膜噴射器噴射后，要在其表面形成一層厚度須被嚴(yán)格控制的SiO2膜或BPSG膜。因此，傳輸帶須勻速運動?？墒乾F(xiàn)實中，如果帶在運動過程中出現(xiàn)速度突然變化，那么淀基在硅片表面的膜厚將會出現(xiàn)變化，從而導(dǎo)致硅片面的均一性受到影響。以BPSG膜種為例，當(dāng)傳輸帶速度設(shè)定值為5.0英寸/分鐘，如果運動過程中帶速度突然發(fā)生變化，硅片將因膜厚面內(nèi)均一性超標(biāo)而導(dǎo)致瞬間廢棄。因此，傳輸帶的速度檢測非常重要。 目前得知公司該設(shè)備速的速度檢測器件均安裝在電機(jī)輸出端，即檢測電機(jī)主動軸處速度是否正常。當(dāng)帶與反應(yīng)腔側(cè)壁，或者其他位置發(fā)生摩擦，且摩擦力大于主動軸摩擦力的時候，就會發(fā)生主動軸轉(zhuǎn)動正常，傳輸帶運動滯后或者停止運動等不良情況。此時檢測設(shè)備并沒有任何故障警報提示。 根據(jù)現(xiàn)場工程師的設(shè)計要求，提出使用新型檢測方式.當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)打滑現(xiàn)象，且速度超出預(yù)期速度設(shè)定范圍時，設(shè)備應(yīng)能進(jìn)行報警，以便維修人員能夠及時維修。 主要技術(shù)指標(biāo)：低速、高精度、非接觸式
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 1)適用對象為低速運動，該系統(tǒng)在低速運動的情況下檢測具有非常好的線性擬合程度。 2)在低速運動下具有較高的檢測精度； 3)非接觸式檢測方式，可直接得出檢測對象的速度； 4)互換性高，對傳輸帶表面質(zhì)量要求低；光柵尺等先進(jìn)光學(xué)檢測器件對表面要求質(zhì)量非常高，且對現(xiàn)場環(huán)境要求較高，不適宜普通工況使用。采用被系統(tǒng)的方案，就算在相對粗糙的表面以及相對惡劣的工況下也能較準(zhǔn)確的測量數(shù)據(jù)。 5)價格低廉，易于更換；相比同等精度的速度檢測期間，本系統(tǒng)成本較低，在一般市面上均可購買相關(guān)器件。改裝設(shè)備也非常簡單 6)便捷的實時速度顯示。傳統(tǒng)顯示屏為設(shè)備上自帶的液晶屏，其缺點是無法事后分析速度變化以及需要親自到現(xiàn)場觀看屏幕。本系統(tǒng)改用電腦上直接顯示，以便設(shè)備工程師能進(jìn)行事后分析。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 1、獲校“挑戰(zhàn)杯”學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽特等獎 2、獲校創(chuàng)新設(shè)計大賽暨第二屆專業(yè)競賽特等獎 3、實驗論文《光電鼠標(biāo)傳感器的精密測量及控制系統(tǒng)》被《單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用》期刊收錄，2009.2 4、獲“挑戰(zhàn)杯”省大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽二等獎
作品所處階段
- 實驗室測試階段 半生產(chǎn)測試階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 無
作品可展示的形式
- 實物、圖片、錄像等
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測
- 使用OM02光電檢測芯片組作為傳輸帶運動的檢測方式，其價格低廉、準(zhǔn)確性高而且使用方便，配合相應(yīng)的單片機(jī)控制方式以及Labview軟件的圖形顯示，可以很好的對速度要求較低、要求精度較高的設(shè)備進(jìn)行改裝，使其符合速度檢測要求。又因為非接觸式光電傳感器技術(shù)已趨于成熟，一般分辨率的情況下對檢測表面的要求不高，在比較惡劣的工況下仍可保證運行無障礙。近些年所推出的激光芯片組精度達(dá)到0.01毫米，使用其作為檢測器件，效果甚佳。
同類課題研究水平概述
- 在速度檢測領(lǐng)域內(nèi)，有利用CCD攝像頭等對運動物體進(jìn)行拍照從而處理數(shù)據(jù)，也有利用激光進(jìn)行高精度距離測量等。 使用該類型的光電芯片組作為檢測器件，國內(nèi)的研究大多在其使用原理上進(jìn)行研究，在應(yīng)用上較少。近年來，國內(nèi)有學(xué)者提出這種檢測方式應(yīng)用于非接觸式的運動物體上是可行的，個別學(xué)者也嘗試將其應(yīng)用到檢測電機(jī)轉(zhuǎn)軸測試等簡易試驗中。不過，在直接的線速度檢測以及得出相應(yīng)的測試結(jié)果，目前相關(guān)的文獻(xiàn)及應(yīng)用還是較少。
