随着电子信息等行业的快速发展,单晶材料凭借着其优秀的光学性能、机械性能、电气特性、介电特性和化学稳定性等诸多特性,在航天航空、军事传感和精密器械、LED等诸多领域得到了广泛的应用。在单晶材料的生产制备的过程中,质量评估是其中非常关键的一道工艺流程。目前无损方式主要有基于X射线衍射仪的方法,其成本较高且效率低下,基于X射线定向仪的方法相对更为常用,能够实现快速评估,通过对X射线在单晶材料上产生的衍射曲线进行分析计算,人为根据相关参数进行评估,且仅是对当前该检测单点的质量评估,除了专家经验目前并没有可行的科学方案用于单晶材料整个平面的综合质量评估方法,单晶材料综合质量评估问题亟待解决,因此研究能够解决该问题的方法并设计出完整的检测设备显得尤为重要。本文给出了完整的设备设计方案,基于X射线定向仪进行了设备改造,设计并实现了下位机和上位机配合工作的控制系统方案,以DSP为控制核心的下位机主要实现底层硬件系统的驱动和控制以及数据采集的工作,依托工业计算机的上位机软件是整个设备的核心,主要负责人机交互、算法落地和功能实现等任务,除了设计方案,本文完成了完整的控制系统的硬件和软件的实现工作。质量评估方法的研究是本文的重要研究工作,以蓝宝石单晶为例,本文提出了单点质量评估方法,并在此基础上深入研究了基于多点检测的综合质量评估方法。在单点质量评估方法中,本文提出的提取策略能够用一组特征向量表述整条回摆曲线,构造样本库,并应用模糊传递闭包聚类算法进行聚类分析,针对应用效果不理想的问题进行分析并完成了方法改进,在实际工程应用中证明了改进的方法在单点质量评估问题上具有良好的表现。在单晶材料综合质量评估问题中,由于多个检测单点的质量评估结果彼此之间存在不确定性耦合关系,且与综合质量评估结果之间存在未知、高维且复杂的非线性关系,神经网络技术是一个潜在的选择,本文以随机权值神经网络方法作为研究切入点,根据数值仿真实验和实际应用结果,不断分析问题并解决,通过引入区间理论,并加入跨层连接的思想,从策略和方法上进行优化迭代,设计出了性能良好的单晶材料综合质量评估方法,从而完成了整个系统的设计和实现工作。