[發(fā)明專利]SEM在線納米切削裝置的切削力及切削應力測量方法

有效

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• 申請日: 2021-04-08
• 公開（公告）號: CN113146360B
• 公開（公告）日: 2022-04-08
• 發(fā)明（設計）人: 徐宗偉;田東禹;何忠杜;國晨;趙兵;劉冰;張增其;周湛奇;孫天澤
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: B23Q17/09
• 分類號: B23Q17/09
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 程毓英

1.一種SEM在線納米切削裝置的切削力及切削應力測量方法，包含以下步驟：

(1)利用SEM在線觀測納米切削，在金剛石刀具側刀面上利用SEM沉積功能沉積一條垂直于刀具運動方向的Pt線標記物，使標記物與刀具側刀面的背景形成良好的襯度；

(2)使用沉積標記物后的金剛石刀具在SEM在線觀測下開展給定的恒定切削速度下的納米切削實驗和刀具相同切削速度下的空走實驗，使用SEM錄制切削過程視頻；

(3)對SEM錄制的視頻進行逐幀相減，測得SEM錄像中采用的電子束駐留時間參數(shù)下SEM成像的時間分辨率；

(4)根據(jù)SEM生成視頻中對應時間分辨率確定提取幀圖片的時刻，提取各個時刻下的幀圖片，用于后續(xù)的測量計算；

(5)對所提取的各幀圖片，采用圖像處理技術對提取幀圖片中標記物進行識別并進行圖像位置擬合，對標記物位置變化進行提取，得到金剛石刀具恒定切削速度下的納米切削過程和刀具以相同切削速度空走過程中的運動信息；

(6)從金剛石刀具以恒定速度進行納米切削過程的運動信息中減去金剛石刀具以相同切削速度進行空走過程中的運動信息；

(7)進行像素點比例尺標定，結合步驟(6)相減所得到的結果，得到金剛石刀具納米切削過程中刀桿的撓度變化信息；

(8)對切削裝置的刀桿進行剛度標定，獲得刀桿撓度隨切削力變化的關系曲線，結合步驟(7)所測得的金剛石刀具納米切削過程中刀桿的撓度變化信息，測量金剛石刀具納米切削過程中的切削力大小；

(9)采用AFM對切削后的樣品的表面形貌進行測試，并根據(jù)步驟(5)所測得的金剛石刀具納米切削過程中刀具運動的位置信息確定不同時刻金剛石刀具與樣品相互作用的截面位置及形貌，計算對應時刻下截面的面積；

(10)根據(jù)測得的金剛石刀具納米切削過程中不同時刻的切削力大小變化及對應時刻金剛石刀具與樣品相互作用截面面積的變化計算出金剛石刀具納米切削中切削應力的大小。

2.根據(jù)權利要求1所述的切削力及切削應力測量方法，其特征在于，步驟(2)的在SEM錄制視頻過程中，設置電子束駐留時間≤100ns以保證足夠的時間分辨率。

3.根據(jù)權利要求1所述的切削力及切削應力測量方法，其特征在于，步驟(5)中，對標記物位置變化進行提取的方法如下：首先對提取出的幀圖片采用高斯濾波與中值濾波進行降噪預處理，隨后對Pt線標記物及其周圍的鄰近區(qū)域采用最大類間方差法進行閾值分割，并二值化；隨后將分割出的豎直沉積的Pt線標記物在圖像中的像素點坐標位置擬合成一條豎直的直線，此直線的位置即代表金剛石刀具的位置。