[发明专利]微纳仪器装备中模板快速逼近和原位检测装置及方法

权利要求书

1.一种微纳仪器装备中模板快速逼近和原位检测装置，用以模板的高精度快速定位和模板-基底间隙高精度的控制，其特征在于，包括：固定机架、宏动平台、微动平台、微力检测装置、加工槽、视觉系统和控制系统，所述宏动平台连接至所述固定机架，所述微动平台与所述宏动平台连接，所述微力检测装置与所述微动平台连接，用以检测模板和基底之间的接触力；所述加工槽设置在所述固定机架底部框架上，基底设置在加工槽内，模板与所述微动平台连接；所述视觉系统设置在所述加工槽侧面，用以实时检测模板和基底之间的距离，所述控制系统分别与所述宏动平台、微动平台、微力检测装置和视觉系统连接，用以根据所述视觉系统和微力检测装置检测到的模板与基底之间间距及接触力控制所述宏动平台和微动平台运动。

2.如权利要求1所述的微纳仪器装备中模板快速逼近和原位检测装置，其特征在于，所述控制系统包括：

数据采集模块：所述数据采集模块分别与所述微力检测装置、视觉系统和处理器连接，用以接收所述微力检测装置和视觉系统检测到的接触力和间距数据，并将检测到的接触力和间距数据发送至处理器；

存储模块：用以预先存储待测模板和基底之间的间距上限值及下限值以及接触力阈值；

处理器：分别与所述数据采集模块和存储模块连接，用以将接收到的接触力和间距数据与预先存储的间距上限值及下限值和接触力阈值进行比较，并根据比较结果发送控制信号至输出模块，控制所述宏动平台和微动平台运动；以及，

输出模块：分别与所述处理器和宏动平台以及微动平台连接，用以将接收到的控制信号发送至所述宏动平台或微动平台。

3.如权利要求2所述的微纳仪器装备中模板快速逼近和原位检测装置，其特征在于，所述待测模板和基底之间的间距上限值为200μm，下限值为50μm，当检测到间距小于200μm后，宏动平台降速运动，当检测到间距小于50μm后，宏动台停止运动。

4.如权利要求1所述的微纳仪器装备中模板快速逼近和原位检测装置，其特征在于，所述微力检测装置包括：双平行四杆弹性平台、高精度电容式位移传感器、固定座，所述固定座与所述微动平台连接，所述双平行四杆弹性平台与所述固定座连接，所述高精度电容式位移传感器与所述双平行四杆弹性平台连接。

5.如权利要求1所述的微纳仪器装备中模板快速逼近和原位检测装置，其特征在于，所述视觉系统包括分别设置在所述加工槽两侧的CCD摄像机和LED光源，且所述CCD摄像机和LED光源均与所述控制系统连接。

6.如权利要求1所述的微纳仪器装备中模板快速逼近和原位检测装置，其特征在于，所述的宏动平台包括：带谐波减速器的步进电机，定位型高精度磨制级滚珠丝杠和交叉滚子直线导轨，所述交叉滚子直线导轨设置在所述固定机架框架上，所述定位型高精度磨制级滚珠丝杠与所述宏动平台的运动平台相连设置在所述交叉滚子直线导轨上并与所述带谐波减速器的步进电机连接。

7.如权利要求1所述的微纳仪器装备中模板快速逼近和原位检测装置，其特征在于，所述的微动平台包括：压电陶瓷驱动器、单自由度复合双平行四杆柔性铰链和高精度电容传感器，所述单自由度复合双平行四杆柔性铰链机构与所述宏动平台连接，所述高精度电容传感器与所述单自由度复合双平行四杆柔性铰链机构连接，所述压电陶瓷驱动器与所述单自由度复合双平行四杆柔性铰链机构连接。

8.一种微纳仪器装备中模板快速逼近和原位检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，宏动平台快速逼近：在模板远离基底处，控制系统启动宏动平台带动模板高速进给，同时启动视觉系统实时检测高速进给过程中模板与基底的间距，当检测到间距小于上限值后，宏动平台降速运动，当检测到间距小于下限值后，宏动平台停止运动，快速逼近过程结束；

步骤二，宏微动平台切换逐次逼近：宏动平台停止运动后，控制系统启动微动平台匀速进给，并且启动微力感应装置检测接触力的变形量是否超过设定的阈值，若连续运动一段距离的整个过程中均未检测到超出阈值，则微动平台缩回，同时宏动平台下降，之后微动平台继续向下进给，宏微动平台反复切换，直至模板与基底的接触力达到阈值；

步骤三，为确定系统原点位置，达到接触力阈值后，微动平台上提直至检测到微力感应装置变形量恢复到零，用于释放微力感应装置的接触变形，当检测到变形量恢复到零后，确定当前位置作为加工零位。