基于USB的晶片分选系统的设计

　　摘要：在石英晶体器件生产过程中，对器件中的关键部件石英晶片的频率进行分类是必不可少的一道工序。为了提高产能，必须大量应用自动分选仪器。本文介绍了一种自动晶片分选系统的设计和实现方法。该分选系统测试精度高，运行速度快，使用简单方便，由于采用了USB接口实现上位机和下位机的通讯，简化了系统的维护，很好的满足了晶体生产的需求。

　　引言

　　在石英晶体器件的生产过程中，通过对石英晶片的频率响应特性进行严格的测试和分选，可以起到从源头控制产品的质量和生产工艺，提高产品产能的关键作用。目前已无法通过人工分选的方式满足对晶体器件质量和需求量的不断提升的要求，只有采用大量的自动分选设备才能完成分选任务。本文提出的分选系统通过自主研发的USB设备和上位机应用程序的互相配合，通过并发控制，使外部动作机构产生高效的协同动作，极大地提高设备工作效率和分选质量，同时还有效减少了设备维护的工作量，保证了设备在24小时不停机状态下连续稳定工作。

　　系统原理及构成

　　本系统的主要工作原理是，通过螺旋送料器和直线送料器的间歇式高频定向振动，将同一批次且堆放在一起的石英晶片分离开来，并且排列成一个有序队列，向转运工位输送。采用光纤传感器、高精度分度盘以及必要的搬运机构，将队列中的每一片石英晶片转运至测试工位处。待测晶片到达测试工位后，系统启动扫频测试模块对被测晶片实施扫描测试，并实时采集测试结果。扫描测试结束后，将采集到的测试结果通过USB接口发送给计算机。计算机对测试结果进行分析，并计算该被测晶片的各项性能指标参数。根据该计算结果，并依据预先设定的判别策略，给出该被测晶片所属的储料盒位置。然后通过USB接口将储料盒位置数据发送给运动控制模块，由运动控制模块发出控制指令，使已测晶片进入翻转落料机构。随后，该晶片通过翻转落料机构运送并放入相应的储料杯中，从而完成对石英晶片的分类。

　　本系统由两个主要模块构成，分别为运动控制模块和扫频测试模块，如图1所示。　　

 　　其中，运动控制模块接受上位机发出的控制指令，根据指令要求对相应的外围动作机构发出控制信号，并驱动外围动作机构实现相应的动作。同时，读取外部传感器信号，以便对外围动作机构和被测晶片进行实时检测。扫频测试模块主要用来向被测石英晶片发送测试信号，并检测晶片的响应信号。运动控制模块和扫频测试模块都通过USB接口与计算机进行通讯。