[发明专利]基于复合减速算法的低成本压痕仪压头软着陆方法及系统

说明书

本发明涉及一种基于复合减速算法的低成本压痕仪压头软着陆方法及系统。通过确定步进电机待运动的距离；获取测量误差；根据步进电机待运动的距离和测量误差，确定步进电机在高速阶段运动的距离；驱动步进电机匀加速增大至最高速度后进行一段匀速运动，再进行一段匀减速运动达到低速阶段的初始速度，直至压头运动至步进电机在高速阶段运动的距离；驱动步进电机通过圆弧形减速算法逐渐减速至固定速度后进行匀速运动；判断力值是否大于最大动态误差；若是，步进电机以较小的速度反方向运动，直至力值小于或等于平均动态误差，步进电机停止运动；若否，步进电机继续匀速运动。本发明能够降低软着陆过程时间和对压痕实验数据的影响。

技术领域

本发明涉及压痕仪压头软着陆领域，特别是涉及一种基于复合减速算法的低成本压痕仪压头软着陆方法及系统。

背景技术

随着各种新材料和新技术的不断发展，传统材料检测方法的部分劣势暴露了出来，微纳米压痕技术因其具有试验操作简单、测量效率高以及使用范围广等优点，正逐渐成为微/纳米尺度材料和结构的力学性能测试的首要选择。压痕实验通过分析曲线获得弹性模量、硬度、应力-应变曲线、断裂韧性、疲劳特性、蠕变特性、粘附性等参数。

在进行压痕实验时，开始阶段从压头到待测样品表面有一段距离，需要通过电机移动来达到物体表面，即压头的软着陆过程。大多数微纳米压痕仪通过一个位移传感器检测压头至样品的距离，不仅增加了压痕仪的成本，还使整个结构变得更为复杂，即便如此，一部分的仪器由于各种原因，软着陆过程时间比较长，使得实验时间延长。此外，常规的软着陆过程都是在与样品相接触后回退，过大的接触力会对样品表面造成破坏，从而影响压痕实验初期的数据。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于复合减速算法的低成本压痕仪压头软着陆方法及系统，能够降低软着陆过程时间和对压痕实验数据的影响，达到缩短实验时间和改善实验结果的效果。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种基于复合减速算法的低成本压痕仪压头软着陆方法，所述方法应用于一种基于复合减速算法的低成本压痕仪压头软着陆装置，所述装置包括压头、载物台、控制系统、力传感器和步进电机，所述控制系统分别和所述步进电机和所述力传感器连接，所述步进电机和所述力传感器连接，所述力传感器和所述压头连接，所述载物台位于所述压头的下方，所述方法包括：

获取压头至载物台的距离和样品高度；

根据所述压头至载物台的距离和所述样品高度，确定步进电机待运动的距离；

获取测量方式导致的测量误差；

根据所述步进电机待运动的距离和所述测量误差，确定步进电机在高速阶段运动的距离；

驱动所述步进电机匀加速增大至最高速度后进行一段匀速运动，再进行一段匀减速运动达到低速阶段的初始速度，直至所述压头运动至所述步进电机在高速阶段运动的距离；

驱动所述步进电机通过圆弧形减速算法逐渐减速至固定速度后进行匀速运动；

获取力传感器的力值和力传感器的平均动态误差和最大动态误差；

判断所述力值是否大于所述最大动态误差；

若是，说明所述压头已经和所述样品相接触，所述步进电机进入返回阶段，所述步进电机以较小的速度反方向运动，直至所述力值小于或等于所述平均动态误差，说明所述压头恰好离开所述样品表面，所述步进电机停止运动，整个软着陆过程结束；

若否，说明所述压头未接触所述样品表面，步进电机继续匀速运动。

可选地，所述获取压头至载物台的距离和样品高度，具体包括：

使用游标卡尺和水平仪测量压头至载物台间的距离；

使用千分尺测量样品的高度。