[实用新型]一种微构件摩擦力测试仪

说明书

本实用新型属于精密测量领域，涉及一种对用微细加工方法制作的微机械构件进行摩擦力测量仪器的改进。

目前国内外使用的微小摩擦力测试仪器主要有利用在Tabor等人研制的表面力仪SFA的基础上加入摩擦力测量功能的装置，Alsten和Granick提出的用压电晶体驱动横向运动和摩擦力测量的方案，还有美国IBM公司的Almaden研究中心的Mate和Mcclelland等人首先在原子力显微镜上附加了横向力测量装置，将AFM改装成FFM，并成功地用于研究石墨表面原子尺度的摩擦特性和粘滑现像。Mate等人是利用光干涉方法检测摩擦力，光束与X轴平行射到钨丝探针端部，根据光干涉图像检测钨丝探针沿X方向的变形位移量，再由钨丝的弹性刚度即可确定摩擦力。Digital Instrument公司生产的MultiMode SPM具有多种分析测试功能，其中包括摩擦力显微镜，该产品是同类仪器中高档品种，已经形成系列化。主要包括：减振工作台1、摩擦力测试仪主体2、光学显微镜及CCD系统3、监视器4、控制系统5，摩擦力测试主体2它由激光器、钨丝探针组成，以上方法只能用来测量光滑表面的摩擦力，对于具有三维结构的微机械摩擦还无法进行测量。

本实用新型的目的在于解决微机械构件的摩擦力测量，为消除由于微构件表面复杂的三维结构对摩擦力测量过程产生的影响，解决已有技术对具有三维结构的微机械构件摩擦力无法进行测量的问题，从而提供一种新型的微构件摩擦力测试仪。

本实用新型详细内容包括如图1所示：减振工作台、摩擦力测试主体、光学显微镜及CCD系统、监视器、控制系统，其中摩擦力测试主体部分由图2所示，还包括垂直逼近系统、X和Y方向粗调机构、X和Y方向精密扫描机构、样片承载机构、光电接收器调节机构、光电接收器、二级反射镜、一级反射镜、激光器、入射光调整机构、悬臂梁支架，微悬臂、微探针组成，垂直逼近系统中固定一个步进电机，X和Y方向粗调机构置于垂直逼近系统的上表面，X和Y方向粗调机构的上面由四个螺孔通过螺栓与X和Y方向精密扫描机构联接在一起，样片承载片与X和Y方向精密扫描机构本体磁性联接在一起，微悬臂的本体上制备有微探针，微悬臂与悬臂梁支架通过粘性材料粘贴在一起，光电接收器、二级反射镜、一级反射镜、激光器分别固定在壳体上，一级反射镜置于保证激光器发出的激光光束射到微悬臂一端部的上表面上，二级反射镜置于保证微悬臂反射的光束进入光电接收器的接收面上，光电接收器调节机构、光电接收器、激光器与入射光调整机构分别通过螺栓联接在一起。

本实用新型的工作原理：

当控制系统通电后，将激光器和垂直逼近系统的步进电机电源打开，将被测试样片固定在样片承载机构上。调整使激光器发出的激光经过一级反射镜、微悬臂、二级反射镜正确到达光电探测器，调节光电探测器使接收初始电流值为0。启动步进电机进行Z方向逼近，由控制系统自动进行调整逼近状态并在已经逼近后进行提示。出现逼近提示后，启动X、Y方向精密扫描机构，通过激光束在微悬臂表面的反射光，由光电探测器得到微悬臂在扫描过程中由于摩擦力而产生的变形，光电探测器输出的电信号经过前置放大后，微悬臂的法向信号同时被输出到控制系统中的反馈电路和数字采集电路，微悬臂的横向信号被输出到控制系统中经过放大由数字采集电路进入计算机成像，得到摩擦力图像，则完成对三维结构的微机械摩擦的测量。

本实用新型克服了已有技术采用钨丝探针只能用来测量光滑表面的摩擦力，对于具有三维结构的微机械摩擦还无法进行测量的问题，由于采用独特的微悬臂和微探针进行测量，使微加工样片表面三维结构下的摩擦力得到真实反映，同时可以针对不同材料样片选用不同的微探针。由于微构件表面是由一定三维图形组成的立体结构，本实用新型对于在此种条件下的摩擦力测量提供一种简易而方便的解决办法，消除了由于微构件表面复杂三维结构而对摩擦力测量过程产生的影响，从而提供一种新型的微构件摩擦力测试仪。

附图说明：

图1是本实用新型结构示意图

图2是本实用新型摩擦力测试主体部分的结构主视图

本实用新型的实施例如图1、图2所示：

图中为减振工作台1、摩擦力测试主体2、光学显微镜及CCD系统3、监视器4、控制系统5、垂直逼近系统6、X和Y方向粗调机构7、X和Y方向精密扫描机构8、样片承载机构9、光电接收器调节机构10、光电接收器11、二级反射镜12、一级反射镜13、激光器14、入射光调整机构15、悬臂梁支架16、微悬臂17、微探针18。