[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

说明书

技术领域

本发明涉及的微纳制造仪器装备领域，具体涉及一种基于视觉与力觉引导的微纳仪器装备中模板快速逼近和原位检测方法。

背景技术

随着科学技术的快速发展，各种微纳加工技术得到发展和应用。在各种基于模板和基底的微纳加工过程当中，设置精确的初始加工原位是保证稳定高效批量加工的必要条件。如在电化学微纳加工过程中，为了保证加工精度，在加工之前，首先需要确定加工工具或模板和基底两个电极之间的相对位置，并控制模板运动使其达到所需的初始加工间距。因此，在加工之前必须实现准确的逼近和零点位置检测。在纳米压痕和原子力显微镜纳米加工等加工过程中，同样需要使工具和样品之间的接触和间距达到纳米级的精度。

经过对现有技术文献的检索发现，在微细电解加工中根据电极接触前后的电压突变来确定电极间距的零点位置，从而精确设置初始加工原位。但逼近过程只是使用了步进电机，从而限制了零点位置的精度。并且进给速度过快容易造成零位超前，造成电极损伤，而且该类方法只适合导电材料。在原子力显微镜探针逼近系统中，根据检测微悬臂的偏转量作为判断接触的标准，但是该类系统没有配套的快速逼近装置，因此逼近过程速度较慢。

综上所述，现有技术中基于模板和基底的微纳加工工艺存在零点定位精度低、易造成零位超前导致模板损伤，适用范围窄，或加工速度慢的技术问题。因此，本发明提供一种能够实现高精度快速加工且适用范围广泛的微纳仪器装备中模板快速逼近和原位检测装置及方法。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明提供一种能够实现高精度快速加工且适用范围广泛的微纳仪器装备中模板快速逼近和原位检测装置。

本发明的另一目的在于提供一种能够实现高精度快速加工且适用范围广泛的微纳仪器装备中模板快速逼近和原位检测方法。

为达到上述目的，本发明提供一种微纳仪器装备中模板快速逼近和原位检测装置，用以实现模板的高精度快速定位和模板-基底间隙高精度的控制，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，宏动平台连接至固定机架，微动平台与宏动平台连接，微力检测装置与微动平台连接，用以检测模板和基底之间的接触力；加工槽设置在固定机架底部框架上，基底设置在加工槽内，模板与微动平台连接；视觉系统设置在加工槽侧面，用以实时检测模板和基底之间的距离，控制系统分别与宏动平台、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宏动平台和微动平台运动。

依照本发明较佳实施例所述的微纳仪器装备中模板快速逼近和原位检测装置，该控制系统包括：

数据采集模块：数据采集模块分别与微力检测装置、视觉系统和处理器连接，用以接收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，控制宏动平台和微动平台运动；以及，

输出模块：分别与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宏动平台或微动平台。

依照本发明较佳实施例所述的微纳仪器装备中模板快速逼近和原位检测装置，该模板和基底之间的间距上限值为200μm，下限值为50μm，当视觉检测系统检测到间距小于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。

依照本发明较佳实施例所述的微纳仪器装备中模板快速逼近和原位检测装置，该微力检测装置包括：双平行四杆弹性平台、高精度电容式位移传感器、固定座，固定座与微动平台连接，双平行四杆弹性平台与固定座连接，高精度电容式位移传感器与双平行四杆弹性平台连接。

依照本发明较佳实施例所述的微纳仪器装备中模板快速逼近和原位检测装置，该视觉系统包括分别设置在加工槽两侧的CCD摄像机和LED光源，且CCD摄像机和LED光源均与控制系统连接。

依照本发明较佳实施例所述的微纳仪器装备中模板快速逼近和原位检测装置，该宏动平台包括：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，交叉滚子直线导轨设置在固定机架框架上，定位型高精度磨制级滚珠丝杠与宏动平台的运动平台相连设置在交叉滚子直线导轨上并与带谐波减速器的步进电机连接。