一種多自由度微動(dòng)調(diào)整裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種多自由度微動(dòng)調(diào)整裝置，包括固定臺(tái)、上下移動(dòng)單元、水平移動(dòng)單元和微動(dòng)調(diào)整臂，其中上下移動(dòng)單元沿著豎直方向設(shè)置在固定臺(tái)上，其包括彼此連接的導(dǎo)向部和安裝有上下驅(qū)動(dòng)電機(jī)的移動(dòng)部；水平移動(dòng)單元沿著水平方向設(shè)置在上下移動(dòng)單元的移動(dòng)部上，并包括彼此滑動(dòng)連接的第一關(guān)聯(lián)部件、第二關(guān)聯(lián)部件和第三關(guān)聯(lián)部件，其中第一關(guān)聯(lián)部件上安裝有左右驅(qū)動(dòng)電機(jī)，第二關(guān)聯(lián)部件上安裝有前后驅(qū)動(dòng)電機(jī)，第三關(guān)聯(lián)部件上安裝有旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)電機(jī)，旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)電機(jī)上安裝有微動(dòng)調(diào)整臂。本發(fā)明通過對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)與移動(dòng)部的高精度控制，能夠有效保證微動(dòng)調(diào)整操作的精確性，同時(shí)具備運(yùn)動(dòng)精度高、調(diào)節(jié)靈活和結(jié)構(gòu)緊湊的優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】
一種多自由度微動(dòng)調(diào)整裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于納米操作設(shè)備領(lǐng)域，更具體地，涉及一種多自由度微動(dòng)調(diào)整裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]目如，納米技術(shù)尚速發(fā)展，并對(duì)制造、彳目息、生物、醫(yī)學(xué)、能源、環(huán)境、宇航等尚科技領(lǐng)域產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。納米材料操控，對(duì)于納米材料機(jī)電性能測試、基于納米材料的納米制造等具有重要意義。根據(jù)現(xiàn)有文獻(xiàn)資料，目前通常使用微納表征測量設(shè)備，例如原子力顯微鏡、半導(dǎo)體測量儀等來對(duì)納米材料執(zhí)行擷取、放置、電性測量、組裝等多種操控。
[0003]然而，進(jìn)一步的研究表明，上述微納表征測量設(shè)備在對(duì)納米材料進(jìn)行操作時(shí)至少存在以下的缺陷或不足:第一、現(xiàn)有的表征測量設(shè)備只能對(duì)特定樣品進(jìn)行部分參數(shù)表征測量，其對(duì)納米材料的操控應(yīng)用范圍有限，不能同時(shí)實(shí)現(xiàn)多種操控動(dòng)作，例如原子力顯微鏡可以測量微納結(jié)構(gòu)的表面形狀參數(shù)，但不能對(duì)納米材料進(jìn)行組裝;第二、表征測量設(shè)備的使用比較繁復(fù)，需要對(duì)使用人員進(jìn)行專業(yè)培訓(xùn)，有些甚至需要對(duì)樣品進(jìn)行預(yù)先處理制備，例如半導(dǎo)體測量儀使用前需對(duì)樣品進(jìn)行濺鍍或者蒸鍍導(dǎo)電電極等預(yù)處理;第三、不能實(shí)現(xiàn)視覺監(jiān)控下的操作，效率很低;第四、表征測量設(shè)備的購買、維護(hù)費(fèi)用昂貴，工作環(huán)境對(duì)溫度、濕度、震動(dòng)等要求頗高，日常使用所需耗材所費(fèi)巨大;而且盡管現(xiàn)在某些微納表征測量設(shè)備可以充當(dāng)納米操作儀器，但是由于它們的設(shè)計(jì)功能并不在納米操作上，所以在工作效率、可實(shí)現(xiàn)功能等多個(gè)方面仍難以滿足實(shí)際需求。相應(yīng)地，相關(guān)領(lǐng)域亟需開發(fā)出功能更為完善的納米材料操作臺(tái)，以便有效解決以上問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明的目的在于提供一種多自由度微動(dòng)調(diào)整裝置，其中結(jié)合納米材料操控自身的應(yīng)用特點(diǎn)，來對(duì)微動(dòng)調(diào)整裝置關(guān)鍵組件的構(gòu)造及其設(shè)置方式進(jìn)行設(shè)計(jì)，相應(yīng)能夠有效克服現(xiàn)有技術(shù)中應(yīng)用范圍窄、操作繁復(fù)和工作效率低下的問題，本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)緊湊、可多自由度靈活操作、精度高和功能強(qiáng)。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明，提供了一種多自由度微動(dòng)調(diào)整裝置，其特征在于，該多自由度微動(dòng)調(diào)整裝置安裝在掃描電子顯微鏡的真空腔內(nèi)，并包括固定臺(tái)、上下移動(dòng)單元、水平移動(dòng)單元和微動(dòng)調(diào)整臂，其中:
[0006]所述上下移動(dòng)單元沿著豎直方向設(shè)置在固定臺(tái)上，并包括通過滾珠導(dǎo)軌彼此連接的導(dǎo)向部和移動(dòng)部，其中導(dǎo)向部與固定臺(tái)保持相連，用于對(duì)整個(gè)操作臺(tái)進(jìn)行支撐;移動(dòng)部上直接安裝有上下驅(qū)動(dòng)電機(jī)，且在該電機(jī)驅(qū)動(dòng)下使移動(dòng)部沿著Z軸方向移動(dòng);此外，移動(dòng)部的端部與導(dǎo)向部的底部之間設(shè)置有復(fù)位彈簧，由此實(shí)現(xiàn)上下移動(dòng)單元在Z軸方向上的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)；
[0007]所述水平移動(dòng)單元通過L形連接板沿著水平方向設(shè)置在上下移動(dòng)單元的移動(dòng)部上，并包括通過滾珠導(dǎo)軌彼此并聯(lián)以滑動(dòng)連接的第一關(guān)聯(lián)部件、第二關(guān)聯(lián)部件和第三關(guān)聯(lián)部件，其中第一關(guān)聯(lián)部件與上下移動(dòng)單元的移動(dòng)部保持相連，用于對(duì)整個(gè)水平移動(dòng)單元進(jìn)行支撐，第一關(guān)聯(lián)部件上直接安裝有左右驅(qū)動(dòng)直線電機(jī);第二關(guān)聯(lián)部件與左右驅(qū)動(dòng)直線電機(jī)的轉(zhuǎn)子直接相連，并直接安裝有前后直線驅(qū)動(dòng)電機(jī);第三關(guān)聯(lián)部件與前后直線驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)子相連，并直接安裝有旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)電機(jī)，由此在左右、前后直線驅(qū)動(dòng)電機(jī)各自的驅(qū)動(dòng)下，第二關(guān)聯(lián)部件、第三關(guān)聯(lián)部件可同時(shí)相對(duì)于第一關(guān)聯(lián)部件可同時(shí)沿X軸、Y軸方向運(yùn)動(dòng)，并在旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下實(shí)現(xiàn)豎直平面內(nèi)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng);此外，所述第一關(guān)聯(lián)部件和第二關(guān)聯(lián)部件間設(shè)置有復(fù)位彈簧，所述第二關(guān)聯(lián)部件和第三關(guān)聯(lián)部件之間也設(shè)置有復(fù)位彈簧，在此兩處設(shè)置復(fù)位彈簧能使水平移動(dòng)單元在X軸方向和Y軸方向上往復(fù)運(yùn)動(dòng);所述微動(dòng)調(diào)整臂設(shè)置在所述旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)電機(jī)上，由此實(shí)現(xiàn)X軸、Y軸和Z軸方向的直線運(yùn)動(dòng)以及垂直平面內(nèi)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
[0008]以上發(fā)明構(gòu)思中，所述左右、前后、上下直線驅(qū)動(dòng)電機(jī)的直線運(yùn)動(dòng)最小分辨率被設(shè)定為1nm，所述旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)最小分辨率被設(shè)定為0.5mrad、最大運(yùn)動(dòng)速度為0.9毫米/分鐘，并且所有驅(qū)動(dòng)電機(jī)均可在10—6Pa的真空真空環(huán)境下工作；
[0009]作為進(jìn)一步優(yōu)選地，所述水平移動(dòng)單元的臺(tái)面尺寸優(yōu)選為50mm X 50mm，行程為土5mm，并且移動(dòng)精度包括以下參數(shù):直線度0.002mm，直線移動(dòng)俯仰角30〃，直線移動(dòng)左右擺動(dòng)25〃。
[00?0] 作為進(jìn)一步優(yōu)選地，所述上下移動(dòng)單元的臺(tái)面尺寸優(yōu)選為50mm X 50mm，行程為土5mm，并且移動(dòng)精度包括以下參數(shù):直線度0.002mm，移動(dòng)平行度0.02mm。
[0011]作為進(jìn)一步優(yōu)選地，所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)優(yōu)選各自具有兩路控制信號(hào)輸入端，且其中一路為接地端;此外，所有驅(qū)動(dòng)電機(jī)的控制信號(hào)接地端被串聯(lián)為一路，旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)電機(jī)的兩路控制信號(hào)輸入端設(shè)計(jì)為排針排母式。
[0012]作為進(jìn)一步優(yōu)選地，所述多自由度微動(dòng)調(diào)整裝置還配備有驅(qū)動(dòng)器、上位機(jī)和控制盒，其中驅(qū)動(dòng)器通過排線與各個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)相連，并且它的控制信號(hào)輸出端與電機(jī)的控制信號(hào)輸入端相連;所述上位機(jī)通過RS485接口與所述驅(qū)動(dòng)器相連，所述控制盒通過USB接口與所述上位機(jī)相連。
[0013]作為進(jìn)一步優(yōu)選地，所述控制盒集成所有對(duì)微動(dòng)調(diào)整裝置的控制功能，包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選擇、驅(qū)動(dòng)電機(jī)速度、加速度的輸入以及電機(jī)運(yùn)動(dòng)方式的選擇。
[0014]作為進(jìn)一步優(yōu)選的，所述微動(dòng)調(diào)整臂被設(shè)定為探針型、彎曲型或者鑷子型，并且其頂部尖端半徑被設(shè)定為lOOnm。
[0015]總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，能夠取得下列有益效果:
[0016]本發(fā)明的多自由度微動(dòng)調(diào)整裝置通過對(duì)上下移動(dòng)單元以及水平移動(dòng)單元的結(jié)構(gòu)和布置進(jìn)行設(shè)計(jì)，并巧妙設(shè)置了上下、左右以及前后驅(qū)動(dòng)電機(jī)，使得操作臺(tái)能進(jìn)行X向、Y向以及Z向的移動(dòng)，進(jìn)一步的在操作臺(tái)上設(shè)置了旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)電機(jī)，在旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出軸上設(shè)置了微動(dòng)調(diào)整臂，相應(yīng)使得微動(dòng)調(diào)整臂能同時(shí)進(jìn)行三維運(yùn)動(dòng)以及旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。本發(fā)明裝置還結(jié)合了納米材料操控自身的應(yīng)用特點(diǎn)來設(shè)計(jì)臺(tái)面的規(guī)格參數(shù)、各種電機(jī)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)以及設(shè)計(jì)控制組件，相應(yīng)能夠使得本發(fā)明裝置具有結(jié)構(gòu)精細(xì)、便于操控和運(yùn)動(dòng)精度的優(yōu)點(diǎn)，從而能實(shí)現(xiàn)納米材料的多自由度調(diào)整安裝。實(shí)際工程實(shí)踐表明，本發(fā)明裝置能夠平穩(wěn)實(shí)現(xiàn)多個(gè)自由度方向的位移和定位，尤其適用于高真空度的應(yīng)用環(huán)境。
【附圖說明】
[0017]圖1是本發(fā)明實(shí)施例中多自由度微動(dòng)調(diào)整裝置的結(jié)構(gòu)主視圖；
[0018]圖2是本發(fā)明實(shí)施例中多自由度微動(dòng)調(diào)整裝置的結(jié)構(gòu)后視圖；
[0019]圖3是本發(fā)明實(shí)施例中多自由度微動(dòng)調(diào)整裝置的系統(tǒng)原理框圖。
[0020]在所有附圖中，相同的附圖標(biāo)記用來表示相同的元件或結(jié)構(gòu)，其中:
[0021]1-上下移動(dòng)單元11-導(dǎo)向部12-移動(dòng)部2-水平移動(dòng)單元21-第一關(guān)聯(lián)部件22-第二關(guān)聯(lián)部件23-第三關(guān)聯(lián)部件3-前后驅(qū)動(dòng)電機(jī)4-上下驅(qū)動(dòng)電機(jī)5-旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)電機(jī)6-左右驅(qū)動(dòng)電機(jī)7-微動(dòng)調(diào)整臂
【具體實(shí)施方式】
[0022]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。
[0023]本發(fā)明的以下實(shí)施例涉及多自由度微動(dòng)調(diào)整裝置，尤其涉及可實(shí)現(xiàn)納米結(jié)構(gòu)機(jī)械操作、測量、納米器件組裝的多種操控功能的微動(dòng)調(diào)整裝置。圖1為按照本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的多自由度微動(dòng)調(diào)整裝置的結(jié)構(gòu)主視圖，圖2是圖1中所示多自由度微動(dòng)調(diào)整裝置的結(jié)構(gòu)后視圖。如圖1和圖2中所示，該多自由度微動(dòng)調(diào)整裝置安裝在掃描電子顯微鏡的真空腔內(nèi)，其主要包括固定臺(tái)、上下移動(dòng)單兀I和水平移動(dòng)單兀2。
[0024]具體而言，所述上下移動(dòng)單元I沿著豎直方向設(shè)置在固定臺(tái)上，并包括導(dǎo)向部11和移動(dòng)部12，其中導(dǎo)向部11與固定臺(tái)保持相連，用于對(duì)整個(gè)操作臺(tái)進(jìn)行支撐;移動(dòng)部12上直接安裝有上下驅(qū)動(dòng)電機(jī)4，且在該上下驅(qū)動(dòng)電機(jī)4驅(qū)動(dòng)下使移動(dòng)部12沿著Z軸方向移動(dòng)，由此使得上下移動(dòng)單元及安裝其上的部件整體發(fā)生移動(dòng);上述導(dǎo)向部11和移動(dòng)部12之間通過滾珠導(dǎo)軌彼此連接，以便保證運(yùn)動(dòng)的精確和平穩(wěn)。此外，移動(dòng)部12的頂部與導(dǎo)向部11的底部之間設(shè)置有復(fù)位彈簧，由此實(shí)現(xiàn)上下移動(dòng)單元I在Z軸方向上的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，也即通過上下驅(qū)動(dòng)電機(jī)4和復(fù)位彈簧的配合使用來確保上下移動(dòng)單元I在Z軸方向上實(shí)現(xiàn)直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
[0025]所述水平移動(dòng)單元2通過L形連接板沿著水平方向設(shè)置在上下移動(dòng)單元I的移動(dòng)部12上。所述水平移動(dòng)單元2包括通過滾珠導(dǎo)軌彼此并聯(lián)滑動(dòng)的第一關(guān)聯(lián)部件21、第二關(guān)聯(lián)部件22和第三關(guān)聯(lián)部件23。其中，第一關(guān)聯(lián)部件21與上下移動(dòng)單元I的移動(dòng)部12保持相連，用于對(duì)整個(gè)水平移動(dòng)單元2進(jìn)行支撐，其上直接安裝有左右驅(qū)動(dòng)電機(jī)6;第二關(guān)聯(lián)部件22與左右驅(qū)動(dòng)電機(jī)6的轉(zhuǎn)子直接相連，第二關(guān)聯(lián)部件22上直接安裝有前后驅(qū)動(dòng)電機(jī)3;第三關(guān)聯(lián)部件23與前后驅(qū)動(dòng)電機(jī)3的轉(zhuǎn)子相連，第三關(guān)聯(lián)部件23直接安裝有旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)電機(jī)5，由此在左右驅(qū)動(dòng)電機(jī)6、前后驅(qū)動(dòng)電機(jī)3各自的驅(qū)動(dòng)下，第二關(guān)聯(lián)部件22、第三關(guān)聯(lián)部件23相對(duì)于第一關(guān)聯(lián)部件21可同時(shí)沿X軸、Y軸方向運(yùn)動(dòng)，并在旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)電機(jī)5的驅(qū)動(dòng)下實(shí)現(xiàn)操作臺(tái)可在垂直平面內(nèi)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng);此外，所述第一關(guān)聯(lián)部件21、第二關(guān)聯(lián)部件22和第三關(guān)聯(lián)部件23之間分別設(shè)置有復(fù)位彈簧，由此實(shí)現(xiàn)水平移動(dòng)單元2在X軸和Y軸方向上的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。
[0026]通過以上結(jié)構(gòu)，組成一個(gè)實(shí)現(xiàn)分別沿X向、Y向以及Z向三直線軸和一個(gè)旋轉(zhuǎn)軸的多自由度微動(dòng)調(diào)整裝置，從而以結(jié)構(gòu)緊湊、便于操控的方式實(shí)現(xiàn)三維空間內(nèi)的位移和定位。
[0027]尤其是，所述前后直線驅(qū)動(dòng)電機(jī)3、左右直線驅(qū)動(dòng)電機(jī)6、上下直線驅(qū)動(dòng)電機(jī)4以及旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)電機(jī)5均直接安裝在移動(dòng)部12上，并通過電機(jī)軸運(yùn)動(dòng)推動(dòng)移動(dòng)部運(yùn)動(dòng)；回程時(shí)，電機(jī)螺旋收縮，移動(dòng)部12依靠與導(dǎo)向部11之間的復(fù)位彈簧回復(fù)，實(shí)現(xiàn)往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。
[0028]本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)簡單可靠，而且上下驅(qū)動(dòng)電機(jī)4與移動(dòng)部12之間沒有連接機(jī)構(gòu)，這兩者是直接連接，能夠最大程度地保證直線電機(jī)的運(yùn)動(dòng)精度傳遞給位移臺(tái)，借此確保操作臺(tái)的位移與定位精度。此外，所述微動(dòng)調(diào)整臂7直接設(shè)置在旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)電機(jī)5的電機(jī)軸上，由此實(shí)現(xiàn)微動(dòng)調(diào)整臂在X軸、Y軸和Z軸方向的直線運(yùn)動(dòng)以及垂直平面內(nèi)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
[0029]此外，考慮到本發(fā)明的多自由度微動(dòng)調(diào)整裝置安裝在掃描電子顯微鏡的真空腔內(nèi)，應(yīng)用環(huán)境的特殊性使得按照本發(fā)明的微動(dòng)調(diào)整裝置還必需在工作規(guī)格、電機(jī)類型、組件材料選擇、裝配過程和清潔等方面進(jìn)行充分考慮，以保證在應(yīng)用過程中不破壞真空腔的真空度，同時(shí)保證整個(gè)操作的高精度。為此，在電機(jī)的選擇方面，經(jīng)過較多的對(duì)比測試，按照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例將所述左右直線驅(qū)動(dòng)電機(jī)6、前后直線驅(qū)動(dòng)電機(jī)3和上下直線驅(qū)動(dòng)電機(jī)4的直線運(yùn)動(dòng)最小分辨率設(shè)定為1 n m，所述旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)最小分辨率被設(shè)定為0.5mrad、最大運(yùn)動(dòng)速度為0.9毫米/分鐘，并且所有驅(qū)動(dòng)電機(jī)均可在10—6Pa的真空環(huán)境下工作。測試結(jié)果表明，在此超高真空環(huán)境下，此馬達(dá)仍然既可以保證1nm的步距分辨率，又可以維持長行程下的運(yùn)動(dòng)輸出穩(wěn)定與良好的剛度。此外，當(dāng)馬達(dá)斷電沒有運(yùn)動(dòng)輸出時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)自鎖，確保定位精度。
[0030]按照本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式，所述水平移動(dòng)單元2的臺(tái)面尺寸被設(shè)定為50X50mm，行程設(shè)定為± 5mm，并且移動(dòng)精度包括以下參數(shù):直線度0.002mm，直線移動(dòng)俯仰角30〃，直線移動(dòng)左右擺動(dòng)25〃。所述上下移動(dòng)單元I的臺(tái)面尺寸被設(shè)計(jì)為50 X 50mm，行程為土5mm，并且移動(dòng)精度包括以下參數(shù):直線度0.002mm，移動(dòng)平行度0.02mm。所述微動(dòng)調(diào)整臂7被設(shè)定為探針型、彎曲型或者鑷子型，頂部尖端半徑設(shè)定為lOOnm。通過以上規(guī)格參數(shù)的設(shè)計(jì)，能夠進(jìn)一步提高整個(gè)水平移動(dòng)單元的整體移動(dòng)精度。微動(dòng)調(diào)整臂的設(shè)定是本發(fā)明裝置并尤其適用于納米材料的操控應(yīng)用場合。
[0031]此外，盡管在裝配過程中存在安裝誤差等影響因素，但按照上述優(yōu)選實(shí)施方式所選用的各種直線電機(jī)或者旋轉(zhuǎn)電機(jī)具有極高的步距分辨率，同時(shí)位移臺(tái)具有優(yōu)異的剛性、直線型、定位性能，二者的配合使用時(shí)可以進(jìn)一步保證位移臺(tái)的定位精度。實(shí)際操作中，本發(fā)明使用的掃描電子顯微鏡的放大倍率可以達(dá)到X 100，000，分辨率0.2nm，操作臺(tái)的位移輸出可以通過掃描電子顯微鏡的實(shí)時(shí)圖像由操作人員判斷調(diào)整。
[0032]圖3是本發(fā)明的多自由度微動(dòng)調(diào)整裝置控制系統(tǒng)原理框圖，如圖3中所示，該系統(tǒng)除了作為控制對(duì)象的驅(qū)動(dòng)電機(jī)之外，還可包括控制盒、上位機(jī)和驅(qū)動(dòng)器。其中，控制盒與上位機(jī)可通過USB接口通信，上位機(jī)與驅(qū)動(dòng)器可通過RS485接口通信，驅(qū)動(dòng)器與驅(qū)動(dòng)電機(jī)通過排線通信。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，將三個(gè)可實(shí)現(xiàn)三維直線運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)與一個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)電機(jī)編為一組，驅(qū)動(dòng)器可以連接控制多組，配合使用。
[0033]上述系統(tǒng)的工作原理可解釋如下:
[0034]由控制盒向上位機(jī)發(fā)送驅(qū)動(dòng)位移信號(hào)，驅(qū)動(dòng)位移信號(hào)包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選擇、速度的輸入、加速度的輸入、運(yùn)動(dòng)方式(點(diǎn)動(dòng)、長動(dòng))的選擇。上位機(jī)在通過人機(jī)界面顯示上述信號(hào)的同時(shí)打包發(fā)送給驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)器根據(jù)信息包中的速度加速度數(shù)值以及運(yùn)動(dòng)方式驅(qū)動(dòng)所選擇的驅(qū)動(dòng)電機(jī)。驅(qū)動(dòng)電機(jī)推動(dòng)所對(duì)應(yīng)的位移臺(tái)運(yùn)動(dòng)，微動(dòng)調(diào)整裝置輸出位移。
[0035]按照本發(fā)明的多自由度微動(dòng)調(diào)整裝置能夠順利實(shí)現(xiàn)納米結(jié)構(gòu)的擷取、放置的機(jī)械操作，以及進(jìn)行電性測量和納米器件組裝的納米操作。
[0036]該操作臺(tái)具有應(yīng)用范圍廣、操作簡便、工作效率高、成本低的特點(diǎn)，其直線運(yùn)動(dòng)最小分辨率10nm，旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)最小分辨率0.5mrad，最大運(yùn)動(dòng)速度0.9mm/min。測試表明，其能夠平穩(wěn)實(shí)現(xiàn)多個(gè)自由度方向的位移和定位，并尤其適用于高真空度的應(yīng)用環(huán)境。
[0037]本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種多自由度微動(dòng)調(diào)整裝置，其特征在于，該多自由度微動(dòng)調(diào)整裝置安裝在掃描電子顯微鏡的真空腔內(nèi)，其包括固定臺(tái)、上下移動(dòng)單元(I)、水平移動(dòng)單元(2)和微動(dòng)調(diào)整臂(7)，其中， 所述上下移動(dòng)單元(I)沿著豎直方向設(shè)置在固定臺(tái)上，其包括通過滾珠導(dǎo)軌彼此連接的導(dǎo)向部(11)和移動(dòng)部(12)， 所述導(dǎo)向部(11)與固定臺(tái)相連，導(dǎo)向部用于對(duì)設(shè)置其上的結(jié)構(gòu)進(jìn)行支撐， 所述移動(dòng)部(12)上安裝有上下驅(qū)動(dòng)電機(jī)(4)，所述上下驅(qū)動(dòng)電機(jī)(4)用于帶動(dòng)移動(dòng)部(12)沿Z軸方向上下移動(dòng)，所述移動(dòng)部(12)的頂部與所述導(dǎo)向部(11)的底部之間設(shè)置有復(fù)位彈貪， 所述水平移動(dòng)單元(2)通過連接板沿著水平方向設(shè)置在上下移動(dòng)單元(I)的移動(dòng)部(12)上，其包括第一關(guān)聯(lián)部件(21)、第二關(guān)聯(lián)部件(22)以及第三關(guān)聯(lián)部件(23)，所述第一關(guān)聯(lián)部件(21)和第二關(guān)聯(lián)部件(22)通過滾珠導(dǎo)軌彼此滑動(dòng)連接，所述第二關(guān)聯(lián)部件(22)和第三關(guān)聯(lián)部件(23)也通過滾珠導(dǎo)軌彼此滑動(dòng)連接， 所述第一關(guān)聯(lián)部件(21)與上下移動(dòng)單元的移動(dòng)部(12)保持相連，用于對(duì)水平移動(dòng)單元(2)進(jìn)行支撐，所述第一關(guān)聯(lián)部件(21)上安裝有左右驅(qū)動(dòng)電機(jī)(6)， 所述第二關(guān)聯(lián)部件(22)與左右驅(qū)動(dòng)電機(jī)(6)的轉(zhuǎn)子相連，第二關(guān)聯(lián)部件(22)上安裝有前后驅(qū)動(dòng)電機(jī)(3)， 所述第三關(guān)聯(lián)部件(23)與前后驅(qū)動(dòng)電機(jī)(3)的轉(zhuǎn)子相連，所述第三關(guān)聯(lián)部件(23)上安裝有旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)電機(jī)(5)， 所述第一關(guān)聯(lián)部件(21)和第二關(guān)聯(lián)部件(22)間設(shè)置有復(fù)位彈簧，所述第二關(guān)聯(lián)部件(22)和第三關(guān)聯(lián)部件(23)之間也設(shè)置有復(fù)位彈簧，在此兩處設(shè)置復(fù)位彈簧能使水平移動(dòng)單元(2)在X軸方向和Y軸方向上往復(fù)運(yùn)動(dòng)， 所述微動(dòng)調(diào)整臂(7)設(shè)置在所述旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)電機(jī)(5)輸出軸上。2.如權(quán)利要求1所述的多自由度微動(dòng)調(diào)整裝置，其特征在于，所述水平移動(dòng)單元的臺(tái)面尺寸為50mm X 50mm，行程為土 5mm， 并且移動(dòng)精度為:直線度0.002mm，直線移動(dòng)俯仰角30〃，直線移動(dòng)左右擺動(dòng)25〃。3.如權(quán)利要求2所述的多自由度微動(dòng)調(diào)整裝置，其特征在于，所述上下移動(dòng)單元的臺(tái)面尺寸為50mm X 50mm，行程為土 5mm， 并且移動(dòng)精度為:直線度0.002mm，移動(dòng)平行度0.02mm。4.如權(quán)利要求1-3所述的多自由度微動(dòng)調(diào)整裝置，其特征在于，所述上下驅(qū)動(dòng)電機(jī)、所述前后驅(qū)動(dòng)電機(jī)以及所述左右驅(qū)動(dòng)電機(jī)均具有兩路控制信號(hào)輸入端，且其中一路控制信號(hào)輸入端為接地端，所述上下驅(qū)動(dòng)電機(jī)、所述前后驅(qū)動(dòng)電機(jī)以及所述左右驅(qū)動(dòng)電機(jī)的接地端被串聯(lián)為一路。5.如權(quán)利要求4所述的多自由度微動(dòng)調(diào)整裝置，其特征在于，所述多自由度微動(dòng)調(diào)整裝置還配備有驅(qū)動(dòng)器、上位機(jī)和控制盒，所述驅(qū)動(dòng)器通過排線與所述上下驅(qū)動(dòng)電機(jī)、所述前后驅(qū)動(dòng)電機(jī)、所述左右驅(qū)動(dòng)電機(jī)以及所述旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)電機(jī)相連，所述驅(qū)動(dòng)器的控制信號(hào)輸出端與各個(gè)電機(jī)的控制信號(hào)輸入端相連;所述上位機(jī)通過RS485接口與所述驅(qū)動(dòng)器相連，所述控制盒通過USB接口與所述上位機(jī)相連。6.如權(quán)利要求1-3之一所述的多自由度微動(dòng)調(diào)整裝置，其特征在于，所述微動(dòng)調(diào)整臂為探針型、彎曲型或者鑷子型，并且其頂部尖端半徑為lOOnm。
【文檔編號(hào)】H01J37/20GK105869977SQ201610377057
【公開日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2016年5月31日
【發(fā)明人】雷自力, 薛富利, 劉曉軍, 胡明軍, 盧文龍, 薛龍
【申請(qǐng)人】襄陽宏偉航空器有限責(zé)任公司