一種探頭加工設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種探頭加工設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，精密科技發(fā)展迅速，并對(duì)當(dāng)前科技研究、社會(huì)生產(chǎn)、日常生活產(chǎn)生巨大影響。探頭被廣泛應(yīng)用于精密科技領(lǐng)域，例如掃描隧道顯微鏡、半導(dǎo)體測(cè)量?jī)x、納米操作臂等?，F(xiàn)有技術(shù)常用的精密探頭制備方法包括超真空離子場(chǎng)顯微鏡、研磨、剪切、場(chǎng)致(靜電)發(fā)射、電化學(xué)腐蝕等。其中，電化學(xué)腐蝕法以其制備重復(fù)性好、價(jià)格低廉、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的特點(diǎn)而獲得越來(lái)越多的青睞。
[0003]盡管電化學(xué)腐蝕法具有上述優(yōu)點(diǎn)，但現(xiàn)有技術(shù)中的電化學(xué)腐蝕方法及其對(duì)應(yīng)的設(shè)備一般采用人為控制，往往是根據(jù)操作者的經(jīng)驗(yàn)對(duì)探頭進(jìn)行加工處理，穩(wěn)定性差，且探頭表面形貌不平整，難以對(duì)探頭進(jìn)行高精度的加工，影響探頭的表面質(zhì)量，得到的探頭往往只能用于對(duì)探頭精密度要求不高的場(chǎng)合。

【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探頭加工設(shè)備，其中通過(guò)對(duì)其關(guān)鍵的控制電路的結(jié)構(gòu)及連接方式進(jìn)行改進(jìn)，并配合以機(jī)械裝置等的其他部件，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)探頭腐蝕過(guò)程中的腐蝕電壓、探頭浸沒深度、探頭提升速度等重要參數(shù)的精確控制，加工得到表面質(zhì)量好、耐磨損、可回收、成本低的探頭，并且該加工設(shè)備在對(duì)待加工探頭進(jìn)行腐蝕處理時(shí)是采用移動(dòng)式方式，使加工后的探頭具有較長(zhǎng)的針尖段、平滑變化的針尖曲率半徑和大的長(zhǎng)徑比。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種探頭加工設(shè)備，其特征在于，包括控制器、控制電路、機(jī)械裝置和腐蝕液裝置，其中，
[0006]所述控制器與所述機(jī)械裝置相連，用于輸出腐蝕電壓指令至所述控制電路，并用于控制所述機(jī)械裝置；
[0007]所述腐蝕液裝置包括電極和腐蝕液，該腐蝕液用于腐蝕待加工探頭；
[0008]所述機(jī)械裝置用于固定所述待加工探頭，并帶動(dòng)該待加工探頭移動(dòng)；
[0009]所述控制電路包括制備腐蝕電路、制備停止電路和判斷電路，其中，
[0010]所述制備腐蝕電路用于接收所述控制器輸出的腐蝕電壓指令，并根據(jù)該腐蝕電壓指令輸出腐蝕電壓至所述腐蝕液裝置的電極；
[0011]所述制備停止電路采集所述制備腐蝕電路的電流變化信號(hào)，并將該電流變化信號(hào)傳輸至所述控制器；
[0012]所述判斷電路用于檢測(cè)所述待加工探頭是否浸入所述腐蝕液，并輸出探頭浸入信號(hào)至所述控制器；
[0013]所述控制器根據(jù)所述電流變化信號(hào)、以及所述探頭浸入信號(hào)調(diào)整所述腐蝕電壓指令。
[0014]作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選，當(dāng)所述待加工探頭被所述機(jī)械裝置帶動(dòng)浸入所述腐蝕液一定深度時(shí)，該待加工探頭被所述機(jī)械裝置勻速向上提升，探頭加工過(guò)程開始；當(dāng)所述待加工探頭脫離所述腐蝕液時(shí)，該待加工探頭是被所述機(jī)械裝置加速向上提升快速脫離所述腐蝕液，探頭加工過(guò)程結(jié)束。
[0015]作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選，當(dāng)所述制備停止電路采集到的所述制備腐蝕電路的電流變化信號(hào)超過(guò)預(yù)先設(shè)定的閾值時(shí)，所述控制器調(diào)整所述腐蝕電壓指令，使所述制備腐蝕電路輸出至所述腐蝕液裝置電極的腐蝕電壓為0 ;所述判斷電路調(diào)整所述探頭浸入信號(hào)，使所述機(jī)械裝置在所述控制器的控制下加速向上提升所述待加工探頭，使該待加工探頭遠(yuǎn)離所述腐蝕液。
[0016]作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選，所述機(jī)械裝置包括驅(qū)動(dòng)器、電動(dòng)機(jī)、聯(lián)軸器、軸承、滾珠絲杠、螺母、柔性鉸鏈、支架、移動(dòng)工作板和探頭夾具，所述驅(qū)動(dòng)器的輸入端與所述控制器連接，并用于驅(qū)動(dòng)所述電動(dòng)機(jī)；所述電動(dòng)機(jī)的主軸通過(guò)所述聯(lián)軸器與所述滾珠絲杠的固定端固定連接；該滾珠絲杠通過(guò)所述軸承固定在所述支架上；所述螺母固定在所述滾珠絲杠上，所述移動(dòng)工作板通過(guò)所述柔性鉸鏈與該螺母固定連接；所述移動(dòng)工作板上還固定連接著所述探頭夾具，該探頭夾具用于夾持所述待加工探頭。
[0017]作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選，所述軸承包括位于所述滾珠絲杠上端的上軸承和位于所述滾珠絲杠下端的下軸承；所述上軸承為固定式軸承，所述下軸承為游動(dòng)式軸承。
[0018]作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選，所述探頭夾具包括排針和排母，所述排針固定在所述移動(dòng)工作板上，所述待加工探頭安裝在所述排母上。
[0019]作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選，所述腐蝕液裝置的電極是采用待加工探頭作為陽(yáng)極。
[0020]作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選，所述控制器還與計(jì)時(shí)器相連，用于計(jì)算待加工探頭的腐蝕時(shí)間。
[0021]作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選，當(dāng)所述待加工探頭浸入所述腐蝕液至預(yù)先設(shè)定的深度時(shí)，所述計(jì)時(shí)器開始計(jì)時(shí)；當(dāng)所述待加工探頭脫離所述腐蝕液時(shí)，所述計(jì)時(shí)器停止計(jì)時(shí)。
[0022]通過(guò)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，具有以下有益效果:
[0023]1、本發(fā)明中的探頭加工設(shè)備，探頭在浸入腐蝕液后就不停地緩慢提起探頭，不再讓探頭在腐蝕液中靜止腐蝕，從而形成具有較長(zhǎng)的針尖段、針尖曲率半徑平滑變化并且長(zhǎng)徑比大的新型探頭。并且由于直徑變化緩慢，在最尖端磨損后仍然可以繼續(xù)使用，更重要的是，較大的長(zhǎng)徑比使得即使尖端磨損之后，還可以回收進(jìn)行精腐蝕，獲得小曲率半徑的探頭再使用，顯著降低了使用成本。
[0024]2、本發(fā)明中的探頭加工設(shè)備可以根據(jù)探頭規(guī)格要求確定探頭的浸沒深度，并進(jìn)一步根據(jù)浸沒深度與提升速度、腐蝕電壓之間的閉環(huán)關(guān)系，精確計(jì)算確定提升速度、腐蝕電壓，并通過(guò)腐蝕電壓、提升速度的精準(zhǔn)控制，得到具有需要規(guī)格的探頭，實(shí)現(xiàn)探頭的精密可控性。
[0025]3、本發(fā)明中的探頭加工設(shè)備通過(guò)設(shè)置制備腐蝕電路，保證腐蝕過(guò)程中腐蝕電壓保持恒定，實(shí)驗(yàn)證明本發(fā)明探頭制備裝置在腐蝕過(guò)程中的腐蝕電壓變化緩慢并且差值范圍在0.1V之內(nèi)，腐蝕電壓非常恒定，因而制得的探頭曲率恒定、形態(tài)標(biāo)準(zhǔn)。
[0026]4、本發(fā)明中的探頭加工設(shè)備通過(guò)設(shè)置制備停止電路，控制器接收電壓變化信號(hào)，判斷并控制切斷腐蝕電壓，在切斷腐蝕電壓的同時(shí)控制電動(dòng)機(jī)加速提起探頭脫離腐蝕液，有利于形成更優(yōu)的探頭形態(tài)。
[0027]5、本發(fā)明中的探頭加工設(shè)備通過(guò)設(shè)置專門的機(jī)械動(dòng)力裝置，使探頭成形脫離腐蝕液后的提升速度較高，一般為通過(guò)實(shí)驗(yàn)獲得的探頭最大上升速度，探頭針尖不易被鈍化，有利于得到較小曲率半徑的探頭。本發(fā)明優(yōu)選采用由三向異步電機(jī)、滾珠絲杠、聯(lián)軸器、連接軸承等結(jié)構(gòu)組成的微位移裝置，連接可靠、位移精準(zhǔn)、使用方便。
[0028]6、本發(fā)明提供的探頭制備裝置，通過(guò)控制器以及自動(dòng)控制電路的設(shè)置，實(shí)現(xiàn)了探頭制備過(guò)程的全自動(dòng)控制，操作方便、控制精準(zhǔn)、自動(dòng)化程度高。
[0029]綜上，本發(fā)明中的探頭加工設(shè)備，尤其適用于加工納米級(jí)探頭(即探頭尖的寬度在納米范圍，如幾百納米或幾十納米，甚至1個(gè)或幾個(gè)原子)，加工精度高，操作便捷可靠。
【附圖說(shuō)明】
[0030]圖1是本發(fā)明探頭加工設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031]圖中各附圖標(biāo)記的含義如下:1為工控機(jī)，11為上位機(jī)，12為控制器，2為機(jī)械裝置，21為驅(qū)動(dòng)器，22為電動(dòng)機(jī)，23為聯(lián)軸器，24為軸承，25為滾珠絲杠，26為螺母，27為柔性鉸鏈，28為支架，29為移動(dòng)工作板，30為探頭夾具，3為制備腐蝕電路，4為制備停止電路，5為判斷電路。
【具體實(shí)施方式】
[0032]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(shuō)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。
[0033]實(shí)施例1
[0034]如圖1所示，本發(fā)明中的探頭加工設(shè)備，包括工控機(jī)1、機(jī)械裝置2和控制電路；其中，工控機(jī)1包括上位機(jī)11和控制器12，控制器12與機(jī)械裝置2相連并用于控制機(jī)械裝置移動(dòng)；機(jī)械裝置2用于固定探頭并帶動(dòng)探頭上下移動(dòng)；控制電路包括與控制器12相連接的制備腐蝕電路3、制備停止電路4和判斷電路5，其中:制備腐蝕電路3用于接收控制器12發(fā)出的腐蝕電壓信號(hào)指令，并按照指令輸出預(yù)設(shè)的腐蝕電壓并保持腐蝕電壓恒定；制備停止電路4采集制備腐蝕電路3電流變化信號(hào)，并將變化信號(hào)傳送至控制器12 ;判斷電路5用于檢測(cè)探頭浸入、脫離腐蝕液面，并將探頭浸入信號(hào)、探頭脫離信號(hào)發(fā)送至控制器12。
[0035]腐蝕開始時(shí)，制備停止電路4開始采集腐蝕電路的電流信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，即判斷電壓。當(dāng)探頭即將脫離液面、腐蝕過(guò)程即將完成時(shí)，整個(gè)腐蝕電路的電阻急劇增大，導(dǎo)致腐蝕電流和判斷電壓也急劇減小，判斷電