[實(shí)用新型]一種微構(gòu)件摩擦力測(cè)試儀

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 00264765.6
• 申請(qǐng)日: 2000-12-14
• 公開（公告）號(hào): CN2453429Y
• 公開（公告）日: 2001-10-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳一輝;鞠揮;賈宏光;郭占社;黎海文
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所
• 主分類號(hào): G01N3/50
• 分類號(hào): G01N3/50
• 代理公司: 中國科學(xué)院長春專利事務(wù)所
• 代理人: 梁愛榮

本實(shí)用新型屬于精密測(cè)量領(lǐng)域，涉及一種對(duì)用微細(xì)加工方法制作的微機(jī)械構(gòu)件進(jìn)行摩擦力測(cè)量儀器的改進(jìn)。

目前國內(nèi)外使用的微小摩擦力測(cè)試儀器主要有利用在Tabor等人研制的表面力儀SFA的基礎(chǔ)上加入摩擦力測(cè)量功能的裝置，Alsten和Granick提出的用壓電晶體驅(qū)動(dòng)橫向運(yùn)動(dòng)和摩擦力測(cè)量的方案，還有美國IBM公司的Almaden研究中心的Mate和Mcclelland等人首先在原子力顯微鏡上附加了橫向力測(cè)量裝置，將AFM改裝成FFM，并成功地用于研究石墨表面原子尺度的摩擦特性和粘滑現(xiàn)像。Mate等人是利用光干涉方法檢測(cè)摩擦力，光束與X軸平行射到鎢絲探針端部，根據(jù)光干涉圖像檢測(cè)鎢絲探針沿X方向的變形位移量，再由鎢絲的彈性剛度即可確定摩擦力。Digital?Instrument公司生產(chǎn)的MultiMode?SPM具有多種分析測(cè)試功能，其中包括摩擦力顯微鏡，該產(chǎn)品是同類儀器中高檔品種，已經(jīng)形成系列化。主要包括：減振工作臺(tái)1、摩擦力測(cè)試儀主體2、光學(xué)顯微鏡及CCD系統(tǒng)3、監(jiān)視器4、控制系統(tǒng)5，摩擦力測(cè)試主體2它由激光器、鎢絲探針組成，以上方法只能用來測(cè)量光滑表面的摩擦力，對(duì)于具有三維結(jié)構(gòu)的微機(jī)械摩擦還無法進(jìn)行測(cè)量。

本實(shí)用新型的目的在于解決微機(jī)械構(gòu)件的摩擦力測(cè)量，為消除由于微構(gòu)件表面復(fù)雜的三維結(jié)構(gòu)對(duì)摩擦力測(cè)量過程產(chǎn)生的影響，解決已有技術(shù)對(duì)具有三維結(jié)構(gòu)的微機(jī)械構(gòu)件摩擦力無法進(jìn)行測(cè)量的問題，從而提供一種新型的微構(gòu)件摩擦力測(cè)試儀。

本實(shí)用新型詳細(xì)內(nèi)容包括如圖1所示：減振工作臺(tái)、摩擦力測(cè)試主體、光學(xué)顯微鏡及CCD系統(tǒng)、監(jiān)視器、控制系統(tǒng)，其中摩擦力測(cè)試主體部分由圖2所示，還包括垂直逼近系統(tǒng)、X和Y方向粗調(diào)機(jī)構(gòu)、X和Y方向精密掃描機(jī)構(gòu)、樣片承載機(jī)構(gòu)、光電接收器調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、光電接收器、二級(jí)反射鏡、一級(jí)反射鏡、激光器、入射光調(diào)整機(jī)構(gòu)、懸臂梁支架，微懸臂、微探針組成，垂直逼近系統(tǒng)中固定一個(gè)步進(jìn)電機(jī)，X和Y方向粗調(diào)機(jī)構(gòu)置于垂直逼近系統(tǒng)的上表面，X和Y方向粗調(diào)機(jī)構(gòu)的上面由四個(gè)螺孔通過螺栓與X和Y方向精密掃描機(jī)構(gòu)聯(lián)接在一起，樣片承載片與X和Y方向精密掃描機(jī)構(gòu)本體磁性聯(lián)接在一起，微懸臂的本體上制備有微探針，微懸臂與懸臂梁支架通過粘性材料粘貼在一起，光電接收器、二級(jí)反射鏡、一級(jí)反射鏡、激光器分別固定在殼體上，一級(jí)反射鏡置于保證激光器發(fā)出的激光光束射到微懸臂一端部的上表面上，二級(jí)反射鏡置于保證微懸臂反射的光束進(jìn)入光電接收器的接收面上，光電接收器調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、光電接收器、激光器與入射光調(diào)整機(jī)構(gòu)分別通過螺栓聯(lián)接在一起。

本實(shí)用新型的工作原理：

當(dāng)控制系統(tǒng)通電后，將激光器和垂直逼近系統(tǒng)的步進(jìn)電機(jī)電源打開，將被測(cè)試樣片固定在樣片承載機(jī)構(gòu)上。調(diào)整使激光器發(fā)出的激光經(jīng)過一級(jí)反射鏡、微懸臂、二級(jí)反射鏡正確到達(dá)光電探測(cè)器，調(diào)節(jié)光電探測(cè)器使接收初始電流值為0。啟動(dòng)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行Z方向逼近，由控制系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行調(diào)整逼近狀態(tài)并在已經(jīng)逼近后進(jìn)行提示。出現(xiàn)逼近提示后，啟動(dòng)X、Y方向精密掃描機(jī)構(gòu)，通過激光束在微懸臂表面的反射光，由光電探測(cè)器得到微懸臂在掃描過程中由于摩擦力而產(chǎn)生的變形，光電探測(cè)器輸出的電信號(hào)經(jīng)過前置放大后，微懸臂的法向信號(hào)同時(shí)被輸出到控制系統(tǒng)中的反饋電路和數(shù)字采集電路，微懸臂的橫向信號(hào)被輸出到控制系統(tǒng)中經(jīng)過放大由數(shù)字采集電路進(jìn)入計(jì)算機(jī)成像，得到摩擦力圖像，則完成對(duì)三維結(jié)構(gòu)的微機(jī)械摩擦的測(cè)量。

本實(shí)用新型克服了已有技術(shù)采用鎢絲探針只能用來測(cè)量光滑表面的摩擦力，對(duì)于具有三維結(jié)構(gòu)的微機(jī)械摩擦還無法進(jìn)行測(cè)量的問題，由于采用獨(dú)特的微懸臂和微探針進(jìn)行測(cè)量，使微加工樣片表面三維結(jié)構(gòu)下的摩擦力得到真實(shí)反映，同時(shí)可以針對(duì)不同材料樣片選用不同的微探針。由于微構(gòu)件表面是由一定三維圖形組成的立體結(jié)構(gòu)，本實(shí)用新型對(duì)于在此種條件下的摩擦力測(cè)量提供一種簡易而方便的解決辦法，消除了由于微構(gòu)件表面復(fù)雜三維結(jié)構(gòu)而對(duì)摩擦力測(cè)量過程產(chǎn)生的影響，從而提供一種新型的微構(gòu)件摩擦力測(cè)試儀。

附圖說明：

圖1是本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)示意圖

圖2是本實(shí)用新型摩擦力測(cè)試主體部分的結(jié)構(gòu)主視圖

本實(shí)用新型的實(shí)施例如圖1、圖2所示：

圖中為減振工作臺(tái)1、摩擦力測(cè)試主體2、光學(xué)顯微鏡及CCD系統(tǒng)3、監(jiān)視器4、控制系統(tǒng)5、垂直逼近系統(tǒng)6、X和Y方向粗調(diào)機(jī)構(gòu)7、X和Y方向精密掃描機(jī)構(gòu)8、樣片承載機(jī)構(gòu)9、光電接收器調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)10、光電接收器11、二級(jí)反射鏡12、一級(jí)反射鏡13、激光器14、入射光調(diào)整機(jī)構(gòu)15、懸臂梁支架16、微懸臂17、微探針18。