一種高溫涂層超導(dǎo)基帶用表面粗糙度的在線檢測裝置及檢測方法
【專利摘要】一種高溫涂層超導(dǎo)基帶用表面粗糙度的在線檢測裝置及檢測方法，屬于高溫涂層超導(dǎo)基帶檢測【技術(shù)領(lǐng)域】。包括收放帶系統(tǒng)、原子力顯微鏡、動(dòng)力系統(tǒng)和工控機(jī)系統(tǒng)。通過收放帶系統(tǒng)將基帶置于原子力顯微鏡的樣品臺(tái)上，針尖作用于待測的基帶的表面，激光器發(fā)出的激光反射鏡聚焦在微懸臂背面上，并反射到光斑位置檢測器，在樣品掃描時(shí)，基帶表面的原子與微懸臂探針尖端的原子間的相互，微懸臂隨基帶表面形貌而彎曲起伏，反射光束也隨之偏移，然后控制系統(tǒng)通過光亮差轉(zhuǎn)化后的電壓信號(hào)來指示光點(diǎn)位置，通過計(jì)算機(jī)計(jì)算出基帶均方根粗糙度Rq和算術(shù)平均粗糙度Ra。這種構(gòu)造簡單的原子力在線檢查裝置和檢測方法可以滿足樣品表面檢測的要求。
【專利說明】一種高溫涂層超導(dǎo)基帶用表面粗糙度的在線檢測裝置及檢測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于高溫涂層超導(dǎo)基帶檢測【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種用于基帶表面粗糙度的在線檢測裝置及檢測方法。
【背景技術(shù)】
[0002]YBCO涂層高溫超導(dǎo)帶材是通常生長在帶有隔離層的雙軸織構(gòu)金屬基帶上制備而成的?；鶐У闹饕饔檬峭庋由L過渡層和超導(dǎo)層，同時(shí)能夠承受一定的應(yīng)力應(yīng)變。為了滿足高性能超導(dǎo)帶材的需求須具備以下性能指標(biāo):高的立方織構(gòu)度，通過外延生長YBCO膜，使YBCO晶粒之間形成小角度晶界，克服大角度晶界造成的弱聯(lián)結(jié)行為；優(yōu)良的表面粗糙度和良好的機(jī)械強(qiáng)度，以確保在沉淀過程中足夠支持脆性氧化膜和后續(xù)加工工藝。
[0003]金屬基帶的表面粗糙度檢測是制備YBCO涂層超導(dǎo)帶材的關(guān)鍵，目前對(duì)于長帶表面粗糙度的檢測裝置和檢測方法還未有報(bào)道。這里應(yīng)用原子力顯微鏡檢測技術(shù)，在不破壞長帶的基礎(chǔ)上進(jìn)行快速檢測，來表征產(chǎn)品的質(zhì)量。本發(fā)明通過在線檢測基帶的均方根粗糙度Rq和算術(shù)平均粗糙度Ra來表征樣品的表面質(zhì)量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種構(gòu)造簡單的表面粗糙度的在線檢測裝置和檢測方法，能夠在不破壞長帶的基礎(chǔ)上進(jìn)行快速檢測樣品的表面質(zhì)量。
[0005]為了達(dá)到以上的目的，本發(fā)明采用的方案是:
[0006]一種高溫涂層超導(dǎo)基帶用表面粗糙度在線檢測裝置，包括收放帶系統(tǒng)、原子力顯微鏡、動(dòng)力系統(tǒng)和工控機(jī)系統(tǒng)，如圖1所示，其中原子力顯微鏡包括激光器(I)、反射鏡
(2)、微懸臂(3)、針尖(4)、光斑位置檢測器(5)、防震臺(tái)(6)、樣品臺(tái)(7)、計(jì)算機(jī)(8)和控制系統(tǒng)(9)等。原子力顯微鏡的連接關(guān)系:反射鏡(2)能夠?qū)⒓す馄靼l(fā)射的激光反射到微懸臂(3)的背面上，微懸臂(3)的背面朝上，微懸臂(3)上的針尖(4)固定于微懸臂(3)朝下的正面上，將反射鏡(2)反射到微懸臂(3)背面上的激光再次反射到光斑位置檢測器(5)，光斑位置檢測器(5)與控制系統(tǒng)(9)連接，同時(shí)控制系統(tǒng)(9)分別與樣品臺(tái)(7)和計(jì)算機(jī)
(8)連接，樣品臺(tái)(7)置于防震臺(tái)(6)上；收放帶系統(tǒng)包括收帶輪(10)、放帶輪(11)和導(dǎo)輪
(12)，收帶輪(10)、放帶輪(11)安裝在原子力顯微鏡的防震臺(tái)上，且分別位于樣品臺(tái)(7)的兩側(cè)，用于將待測帶材的導(dǎo)入和導(dǎo)出，動(dòng)力系統(tǒng)的伺服電機(jī)(14)與收帶輪連接用于驅(qū)動(dòng)收帶輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，工控機(jī)系統(tǒng)的工控機(jī)(15)與電機(jī)(14)連接。
[0007]光斑位置檢測器5是原子力顯微鏡的關(guān)鍵部件，是由光電二級(jí)管制備，激光由光源發(fā)出照射在微懸臂(3)上，經(jīng)反射后進(jìn)入光斑位置檢測器(5)，然后控制系統(tǒng)(9)通過光亮差轉(zhuǎn)化后的電壓信號(hào)來指示光點(diǎn)位置。收放帶系統(tǒng)包括收帶輪(10)、放帶輪(11)和導(dǎo)輪(12)，收帶輪和放帶輪安裝在原子力顯微鏡的防震臺(tái)上，用于帶材的導(dǎo)入和導(dǎo)出，基帶
(13)由放帶輪經(jīng)導(dǎo)輪進(jìn)入樣品臺(tái)中，動(dòng)力系統(tǒng)包括伺服電機(jī)(14)，動(dòng)力系統(tǒng)中伺服電機(jī)與收帶輪相連，工控機(jī)(15)通過控制伺服電機(jī)從而帶動(dòng)收帶輪收緊帶材，由工控機(jī)控制提供走帶牽引的動(dòng)力。
[0008]采用上述檢測裝置進(jìn)行檢測的方法，其特征在于，包括以下步驟:通過收放帶系統(tǒng)將待測的基帶置于原子力顯微鏡的樣品臺(tái)(7)上，微懸臂(3)的針尖(4)作用于待測的基帶的表面，將激光器(I)發(fā)出的激光束經(jīng)過光學(xué)系統(tǒng)反射鏡(2)聚焦在微懸臂(3)背面上,并從微懸臂背面反射到由光電二極管構(gòu)成的光斑位置檢測器(5)，在樣品掃描時(shí)，由于待測的基帶表面的原子與微懸臂探針尖端的原子間的相互作用力，微懸臂(3)將隨待測的基帶表面形貌而彎曲起伏，反射光束也將隨之偏移，因而，通過光電二極管檢測光斑位置的變化，然后控制系統(tǒng)(9)通過光亮差轉(zhuǎn)化后的電壓信號(hào)來指示光點(diǎn)位置，進(jìn)而通過計(jì)算機(jī)計(jì)算出基帶均方根粗糙度Rq和算術(shù)平均粗糙度Ra。
[0009]均方根粗糙度Rq和算術(shù)平均粗糙度Ra為被測樣品表面形貌的信息(如見圖3)。將基帶(13)通過收放帶系統(tǒng)置于原子力顯微鏡的樣品臺(tái)(7)上，工控機(jī)系統(tǒng)可以調(diào)節(jié)走帶速度(lmm/s-50mm/s)、步長(1mm - 5m)和等待時(shí)間(Is - 600s)。通過光電二極管檢測光斑位置的變化，可以獲得被測基帶表面形貌的信息，經(jīng)過計(jì)算機(jī)的軟件計(jì)算得出均方根粗糙Rq和算術(shù)平均粗糙度Ra，從而可以精確測定帶材的表面質(zhì)量。
[0010]試驗(yàn)結(jié)果表明，這種構(gòu)造簡單的原子力在線檢查裝置和檢測方法可以滿足樣品表面檢測的要求，經(jīng)初步認(rèn)定這種百米級(jí)的基帶產(chǎn)品性能也符合進(jìn)一步制備過渡層和超導(dǎo)層的需要。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1、在線檢測系統(tǒng)示意圖；
[0012]圖2、樣品臺(tái)上微懸臂、激光、待測基帶的位置關(guān)系；
[0013]圖3、在線檢測得到的均方根粗糙度Rq和算術(shù)平均粗糙度Ra圖；
[0014]I激光器、2反射鏡、3微懸臂、4針尖、5光斑位置檢測器、6防震臺(tái)、7樣品臺(tái)、8計(jì)算機(jī)、9控制系統(tǒng)、10帶輪、11放帶輪、12導(dǎo)輪、13基帶、14伺服電機(jī)、15工控機(jī)。
【具體實(shí)施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖及【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。所用的在線檢測裝置示意圖見圖1和圖2。
[0016]實(shí)施例1:
[0017]將探針裝入探針支架，將完全再結(jié)晶退火的基帶由收放帶系統(tǒng)置于原子力顯微鏡設(shè)備中，打開操作軟件，選擇形貌模塊輕敲模式操作，使得針尖達(dá)到剛接觸基帶表面的情況，可認(rèn)為原子接觸，調(diào)節(jié)激光并測量共振頻率，使得激光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)并由控制系統(tǒng)
(9)通過光亮差轉(zhuǎn)化后的電壓信號(hào)來指示光點(diǎn)位置，然后進(jìn)針，當(dāng)針尖靠近樣品，針尖與樣品間作用力達(dá)到設(shè)定值，停止進(jìn)針，開始掃描，掃描范圍1.2 μ m。掃描結(jié)束，得到樣品表面結(jié)構(gòu)圖片，保存圖片。
[0018]在線檢測系統(tǒng)檢測到的表面粗糙度通過計(jì)算機(jī)計(jì)算得到，如圖3所示，均方根粗糙度Rq為0.832 μ m，算術(shù)平均粗糙度Ra為1.06 μ m。從基帶使用來看，這種百米級(jí)基帶產(chǎn)品初步認(rèn)定符合進(jìn)一步制備過渡層和超導(dǎo)層的要求。
【權(quán)利要求】
1.一種高溫涂層超導(dǎo)基帶用表面粗糙度在線檢測裝置，其特征在于，包括收放帶系統(tǒng)、原子力顯微鏡、動(dòng)力系統(tǒng)和工控機(jī)系統(tǒng)，其中原子力顯微鏡包括激光器(I)、反射鏡(2)、微懸臂(3)、針尖(4)、光斑位置檢測器(5)、防震臺(tái)(6)、樣品臺(tái)(7)、計(jì)算機(jī)(8)和控制系統(tǒng)(9)，原子力顯微鏡的連接關(guān)系:反射鏡(2)能夠?qū)⒓す馄靼l(fā)射的激光反射到微懸臂(3)的背面上，微懸臂(3)的背面朝上，微懸臂(3)上的針尖(4)固定于微懸臂(3)朝下的正面上，將反射鏡(2)反射到微懸臂(3)背面上的激光再次反射到光斑位置檢測器(5)，光斑位置檢測器(5)與控制系統(tǒng)(9)連接，同時(shí)控制系統(tǒng)(9)分別與樣品臺(tái)(7)和計(jì)算機(jī)(8)連接，樣品臺(tái)(7)置于防震臺(tái)(6)上；收放帶系統(tǒng)包括收帶輪(10)、放帶輪(11)和導(dǎo)輪(12)，收帶輪(10)、放帶輪(11)安裝在原子力顯微鏡的防震臺(tái)上，且分別位于樣品臺(tái)(7)的兩側(cè)，用于將待測帶材的導(dǎo)入和導(dǎo)出，動(dòng)力系統(tǒng)的伺服電機(jī)(14)與收帶輪連接用于驅(qū)動(dòng)收帶輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，工控機(jī)系統(tǒng)的工控機(jī)(15 )與電機(jī)(14 )連接。
2.利用權(quán)利要求1的裝置進(jìn)行在線監(jiān)測的方法，其特征在于，包括以下步驟:通過收放帶系統(tǒng)將待測的基帶置于原子力顯微鏡的樣品臺(tái)(7)上，微懸臂(3)的針尖(4)作用于待測的基帶的表面，將激光器(I)發(fā)出的激光束經(jīng)過光學(xué)系統(tǒng)反射鏡(2)聚焦在微懸臂(3)背面上，并從微懸臂背面反射到由光電二極管構(gòu)成的光斑位置檢測器(5 ),在樣品掃描時(shí)，由于待測的基帶表面的原子與微懸臂探針尖端的原子間的相互作用力，微懸臂(3)將隨待測的基帶表面形貌而彎曲起伏，反射光束也將隨之偏移，因而，通過光電二極管檢測光斑位置的變化，然后控制系統(tǒng)(9)通過光亮差轉(zhuǎn)化后的電壓信號(hào)來指示光點(diǎn)位置，進(jìn)而通過計(jì)算機(jī)計(jì)算出基帶均方根粗糙度Rq和算術(shù)平均粗糙度Ra。
3.按照權(quán)利要求2的方法,其特征在于,工控機(jī)系統(tǒng)調(diào)節(jié)走帶速度lmm/s-50mm/s、步長lmm-5m和等待時(shí)間ls_600s。
【文檔編號(hào)】G01B11/30GK103808281SQ201310553140
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2013年11月7日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月7日
【發(fā)明者】索紅莉, 王毅, 梁雅儒, 田輝, 孟易辰, 彭發(fā)學(xué), 王盼 申請人:北京工業(yè)大學(xué)