面向納米測量的原子力探針系統(tǒng)的研究.pdf

1、超高精密機械零件的表面微觀形貌不僅直接影響著零件的使用性能，而且還影響著產(chǎn)品的質(zhì)量、可靠性及壽命。精確可靠地測量超精密表面的微觀形貌已成為超精密加工領域中一個亟待解決的關鍵問題。原子力顯微鏡表面分析儀器的發(fā)明和應用極大地促進了超精密加工及其檢測技術的發(fā)展，為人們研究超精密零件表面的微觀特性提供了有利的手段。
　　本論文在借鑒原子力顯微鏡原理的基礎上，結合具有立方厘米級工作空間、納米級運動分辨率的6-DOF并聯(lián)工作臺的實際測量需要，

2、綜合考慮了系統(tǒng)的開放性、掃描范圍和調(diào)節(jié)裝置的可靠性，研制了面向納米測量定位的高精度表面納米級形貌測量樣機。
　　首先，分析了原子力探針系統(tǒng)的中原子力–距離的關系，并確定探針系統(tǒng)的探針的工作模式和樣品的掃描模式，從而選擇壓電陶瓷作為掃描微位移驅動器；采用光學偏轉法檢測微懸臂偏轉量，并選用了PSD作為傳感元件，并在此基礎上進行了系統(tǒng)光路設計及其數(shù)學模型的建立。
　　其次，設計了測量系統(tǒng)的光路調(diào)節(jié)裝置，并進行了主要結構尺寸和裝配誤

3、差的分析，進而確定了系統(tǒng)的機械結構。使用Pro/E進行三維建模，并繪制工程圖。針對系統(tǒng)對元件的性能要求，分析了元件的性能，并針對力傳感器–微懸臂在工作狀態(tài)下的性能進行了模態(tài)分析。
　　最后，針對壓電陶瓷掃描器開環(huán)控制誤差較大的問題，使用了PID控制算法，獲得了良好的控制效果。同系統(tǒng)恒力模式下的閉環(huán)控制一起，構建了探針系統(tǒng)雙閉環(huán)控制；使用VC++6.0開發(fā)平臺，完成了系統(tǒng)的相關控制功能的實現(xiàn)；針對標準樣品進行了三維表面形貌的測量實驗