CN111610208A - 一种视觉耦合压电定位的微纳芯片高通量测试机器人 - Google Patents

Abstract

本发明属于微纳技术、微机电系统领域，具体涉及一种视觉耦合压电定位的微纳芯片高通量测试机器人，包括固定于扫描电镜样品台上的圆形基础平台，圆形基础平台上设有压电升降式第一周向旋转平台、压电升降式第二周向旋转平台，压电升降式第一周向旋转平台包括第一旋转检测装置，压电升降式第二周向旋转平台包括第二旋转检测装置，第一旋转检测装置与第二旋转检测装置的端部均设有微纳芯片放置槽，第一旋转检测装置与第二旋转检测装置旋转后，两者的端部相交配合形成微纳芯片观测区。通过第一旋转检测装置与第二旋转检测装置的相互配合，实现不同待测微纳芯片的自动组合，达到高通量测试目的，显著提高测试效率，具有性能测试多元化、自动化的优点。

Description

一种视觉耦合压电定位的微纳芯片高通量测试机器人

技术领域

本发明属于微纳技术、微机电系统领域，具体涉及一种视觉耦合压电定位的微纳芯片高通量测试机器人。

背景技术

微纳芯片作为微纳米测试领域主要的常用工具，具有测试效率高、尺寸小、测试灵敏度高等优点，广泛应用于实验室研究和工业现场等微纳米材料性能测试和芯片检测场合。通常情况下，传统的基于微纳芯片的测试方法常采用单一芯片，不仅测试效率低下且测试模式单一，无法满足高效组合测试微纳芯片的特殊场合要求。此外，微纳芯片测试多采用手工操作，在使用过程中易产生损坏，影响测试效率且会增加成本。当某个微纳芯片测试完成后，一般需要手工操作下一个被测试目标微纳芯片，但由于微纳芯片自身体积小，易存在费时费力、精度低等问题，特别是在微纳芯片测试要求自动化程度较高的场合显得更为重要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种视觉耦合压电定位的微纳芯片高通量测试机器人，以解决现有测试芯片单一且自动化程度低的问题，实现对微纳芯片测试的高通量、自动化，具有测试效率高、自动化程度高的优点。

基于上述目的，本发明采用如下技术方案：一种视觉耦合压电定位的微纳芯片高通量测试机器人，包括固定于扫描电镜样品台上的圆形基础平台，圆形基础平台上设有压电升降式第一周向旋转平台、压电升降式第二周向旋转平台，压电升降式第一周向旋转平台包括第一旋转检测装置，压电升降式第二周向旋转平台包括与第一旋转检测装置相配合的第二旋转检测装置，第一旋转检测装置与第二旋转检测装置的端部均设有微纳芯片放置槽，第一旋转检测装置与第二旋转检测装置旋转后，两者的端部相交配合形成微纳芯片观测区；圆形基础平台上设有与第一旋转检测装置和第二旋转检测装置相配合的视觉检测装置。

进一步地，第一旋转检测装置的端部还设有与第二旋转检测装置端部微纳芯片放置槽相配合的方形孔，当第一旋转检测装置与第二旋转检测装置相交时，第二旋转检测装置端部的微纳芯片放置槽置于第一旋转检测装置方形孔的正下方，此时，呈相交的第一旋转检测装置和第二旋转检测装置端部的微纳芯片放置槽均位于扫描电镜检测范围内。

进一步地，微纳芯片放置槽中设有多个卡槽，单个卡槽用于放置单个微纳芯片。

进一步地，压电升降式第一周向旋转平台包括与圆形基础平台转动连接的第一旋转杆，第一旋转杆的顶端固定有第一压电伸缩杆，第一压电伸缩杆的顶端固定有第一旋转支撑杆，第一旋转检测装置固定于第一旋转支撑杆上；压电升降式第二周向旋转平台包括与圆形基础平台转动连接的第二旋转杆，第二旋转杆的顶端固定有第二压电伸缩杆，第二压电伸缩杆的顶端固定有第二旋转支撑杆，第二旋转检测装置固定于第二旋转支撑杆上。

进一步地，第一旋转检测装置包括结构相同且同轴设置在第一旋转支撑杆上的多个周向旋转杆，且该多个周向旋转杆在第一旋转支撑杆上呈上下交错设置；第二旋转检测装置包括结构相同且同轴设置在第二旋转支撑杆上的多个周向旋转杆，且该多个周向旋转杆在第二旋转支撑杆上呈上下交错设置。

进一步地，第一旋转检测装置中的周向旋转杆的数量为2～4个，且相邻两个周向旋转杆在水平面上投影的夹角相等；第二旋转检测装置中的周向旋转杆的数量为2～4个，且相邻两个周向旋转杆在水平面上投影的夹角相等。

进一步地，第一旋转检测装置中周向旋转杆上的微纳芯片放置槽上设有一个卡槽；第二旋转检测装置中周向旋转杆上的微纳芯片放置槽上设有三个卡槽，第一旋转检测装置中周向旋转杆上的方形孔与第二旋转检测装置中周向旋转杆上的微纳芯片放置槽相配合。

进一步地，圆形基础平台上还设有驱动第一旋转杆转动的第一驱动装置和驱动第二旋转杆转动的第二驱动装置，第一驱动装置和第二驱动装置均包括固定于圆形基础平台上的压电微马达，压电微马达的输出轴连接有主动齿轮，第一旋转杆和第二旋转杆上均固定有与相应主动齿轮相啮合的从动齿轮。

进一步地，视觉检测装置包括用于对第一旋转检测装置、第二旋转检测装置端面轮廓进行图像反馈的第一视觉检测装置，以及用于对第一旋转检测装置、第二旋转检测装置端部相交位置进行图像反馈的第二视觉检测装置；第一视觉检测装置包括固定于圆形基础平台上的第一视觉压电伸缩杆和固定于第一视觉压电伸缩杆顶部的第一摄像装置；第二视觉检测装置包括固定于圆形基础平台上的第二视觉压电伸缩杆和固定于第二视觉压电伸缩杆顶部的第二摄像装置。

利用上述视觉耦合压电定位的微纳芯片高通量测试机器人进行微纳芯片高通量测试的方法，包括如下步骤：

（1）微纳芯片的放置：将微纳芯片置于第一旋转检测装置和第二旋转检测装置的微纳芯片放置槽中；

（2）视觉检测装置高度初始化：分别控制第一视觉压电伸缩杆、第二视觉压电伸缩杆伸缩至第一摄像装置、第二摄像装置的视野中心水平线均与第一旋转检测装置中待检测的周向旋转杆的上表面平齐；

（3）基于第一摄像装置对第一旋转检测装置和第二旋转检测装置进行旋转定位，使第一旋转检测装置和第二旋转检测装置相交，相交的两个周向旋转杆位于同一竖直面上，此时，呈相交状态的第二旋转检测装置上周向旋转杆上的微纳芯片放置槽位于第一旋转检测装置上周向旋转杆的方形孔的正下方，且相交的两个周向旋转杆上的微纳芯片放置槽均位于扫描电镜物镜的正下方；

（4）基于第二摄像装置对第一旋转检测装置上的周向旋转杆和第二旋转检测装置上的周向旋转杆相交位置进行视觉成像，获取第一旋转检测装置上的周向旋转杆下表面与第二旋转检测装置上的周向旋转杆的上表面之间的初始高度差L；

（5）基于第二摄像装置的视觉成像反馈，控制第一压电伸缩杆收缩或第二压电伸缩杆伸长，调节呈相交状态的两个周向旋转杆之间的高度差，直至两者之间的高度差为0，此时，相交的两个周向旋转杆上的微纳芯片放置槽均位于扫描电镜的观测区内；

（6）控制扫描电镜对相交的两个周向旋转杆上的微纳芯片进行同时检测；

（7）根据检测需要，分别控制第一旋转杆和第二旋转杆旋转，重复步骤（2）～（6），依次对不同组合的周向旋转杆上的微纳芯片进行同时检测，达到高通量测试目的。

进一步地，步骤（3）中基于第一摄像装置对第一旋转检测装置和第二旋转检测装置进行旋转定位的具体过程如下：

A.将待相交的两个周向旋转杆的预设截面轮廓输入计算机系统；

B.分别驱动第一旋转杆和第二旋转杆旋转，分别带动固定于第一旋转杆上的周向旋转杆、固定于第二旋转杆上的周向旋转杆转动；

C.基于第一摄像装置对第一旋转检测装置上的周向旋转杆、第二旋转检测装置上的周向旋转杆的端面进行实时成像，判断这两个周向旋转杆的端面轮廓是否与预设截面轮廓完全匹配，并反馈至计算机系统，直至完全匹配后停止第一旋转杆和第二旋转杆的转动。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

（1）本发明微纳芯片高通量测试机器人包括第一旋转检测装置和第二旋转检测装置，第一旋转检测装置和第二旋转检测装置的端部均设有微纳芯片放置槽，通过第一旋转检测装置与第二旋转检测装置的旋转配合，实现不同组合的微纳芯片测试，不仅能够提高单次观测微纳芯片的数量，达到高通量测试目的，还能够通过变换待测微纳芯片组合，达到多样品对比测试目的。

（2）本发明采用在第一旋转检测装置的端部设置与第二旋转检测装置端部微纳芯片放置槽相配合的方形孔，使得第一旋转检测装置与第二旋转检测装置相交配合时，第二旋转检测装置端部的微纳芯片放置槽位于方形孔的正下方，有利于缩短第一旋转检测装置与第二旋转检测装置上的微纳芯片放置槽之间的横向间距，使得置于微纳芯片放置槽中的微纳芯片均处于扫描电镜的检测范围内，即本发明在扫描电镜检测限度范围内，通过将第一旋转检测装置与第二旋转检测装置在检测时为上下交叠的方式，进一步提高待测微纳芯片数量，达到高通量测试目的。

（3）本发明采用在微纳芯片放置槽中设置多个卡槽，便于对多个微纳芯片的同时检测，提高测试效率。

（4）本发明采用在第一旋转检测装置的底部依次固定第一压电伸缩杆和第一旋转杆，在第二旋转检测装置的底部依次固定第二压电伸缩杆和第二旋转杆，通过第一压电伸缩杆和第一旋转杆准确控制第一旋转检测装置的垂直位移和旋转角度，通过第二压电伸缩杆和第二旋转杆准确控制第二旋转检测装置的垂直位移和旋转角度，实现第一旋转检测装置与第二旋转检测装置的定位配合，确保检测过程顺利进行；并且，通过控制第一旋转检测装置和第二旋转检测装置的转动配合，能够实现多种不同组合的微纳芯片的同时测试以及多样品的对比测试，提高测试效率。

（5）本发明采用多个周向旋转杆在第一旋转支撑杆或第二旋转支撑杆上呈上下交错设置方式，使得在对相交的两个周向旋转杆上的微纳芯片进行测试时，能够避免其他周向旋转杆对检测视野的阻挡，有利于检测过程顺利进行。

（6）本发明采用在圆形基础平台上设置驱动第一旋转杆转动的第一驱动装置，驱动第二旋转杆转动的第二驱动装置，第一驱动装置和第二驱动装置均包括固定于圆形基础平台上的压电微马达，压电微马达的输出轴连接有主动齿轮，第一旋转杆和第二旋转杆上均固定有与相应主动齿轮相啮合的从动齿轮；通过控制相应的压电微马达输出轴的转动，并将压电微马达输出轴的转动依次经主动齿轮和从动齿轮传递至第一旋转杆或第二旋转杆，并最终输出为第一旋转杆或第二旋转杆的转动，具有控制简单，定位准确的优点。

（7）本发明通过设置与第一旋转检测装置和第二旋转检测装置相配合的视觉检测装置，利用视觉检测装置对第一旋转检测装置和第二旋转检测装置中的周向旋转杆的端部以及两个周向旋转杆相交位置处进行视觉成像反馈，有利于第一旋转杆、第一压电伸缩杆、第二旋转杆以及第二压电伸缩杆分别对第一旋转检测装置和第二旋转检测装置的控制定位，有助于提高定位精度，实现自动化测试目的。

（8）本发明利用微纳芯片高通量测试机器人进行微纳芯片测试的方法，能够实现多个微纳芯片的同时检测，达到高通量测试目的，此外，通过不同周向旋转杆的相互配合，能够实现多种不同组合的微纳芯片的同时检测，达到多样品对比测试目的。

综上所述，本发明解决了现有微纳芯片测试过程中存在的易损坏、效率低、测试芯片单一且自动化程度低等问题，通过第一旋转检测装置与第二旋转检测装置的相互配合，实现不同待测微纳芯片的自动组合，达到高通量测试目的，显著提高测试效率，具有性能测试多元化的优点；利用视觉耦合压电定位，准确控制周向旋转杆的升降位移以及转动角度，提高测试过程中对周向旋转杆的精准控制，确保测试过程顺利进行，提高对微纳芯片测试的自动化程度。

附图说明

图1为本发明机器人结构的主视图；

图2为本发明机器人结构的俯视图；

图3为本发明机器人结构的左视图；

图4为周向旋转杆的端部结构示意图；

图5为本发明机器人控制方法流程图；

图6为第一视觉检测装置预设截面轮廓；

图7为第四周向旋转杆的上表面A距离第一周向旋转杆的下表面B的高度差状态示意图。

图中：1、圆形基础平台；2、第一旋转杆；3、第一压电伸缩杆；4、第一旋转支撑杆；5、第二旋转杆；6、第二压电伸缩杆；7、第二旋转支撑杆；8、方形孔；9、卡槽；10、第一周向旋转杆；11、第二周向旋转杆；12、第三周向旋转杆；13、第四周向旋转杆；14、第五周向旋转杆；15、第六周向旋转杆；16、第一视觉压电伸缩杆；17、第一摄像装置；18、第二视觉压电伸缩杆；19、第二摄像装置；20、压电微马达；21、主动齿轮；22、从动齿轮。

具体实施方式

实施例1

一种视觉耦合压电定位的微纳芯片高通量测试机器人，如图1～4所示，包括固定于扫描电镜样品台上的圆形基础平台1，圆形基础平台1上设有压电升降式第一周向旋转平台、压电升降式第二周向旋转平台，压电升降式第一周向旋转平台包括第一旋转检测装置，压电升降式第二周向旋转平台包括与第一旋转检测装置相配合的第二旋转检测装置，第一旋转检测装置与第二旋转检测装置的端部均设有微纳芯片放置槽，第一旋转检测装置与第二旋转检测装置旋转后，两者的端部相交配合形成微纳芯片观测区；圆形基础平台1上设有与第一旋转检测装置和第二旋转检测装置相配合的视觉检测装置。

通过第一旋转检测装置与第二旋转检测装置的旋转配合，实现不同组合的微纳芯片测试，不仅能够提高单次观测微纳芯片的数量，达到高通量测试目的，还能够通过变换待测微纳芯片组合，达到多样品对比测试目的。

压电升降式第一周向旋转平台包括与圆形基础平台1转动连接的第一旋转杆2，第一旋转杆2的顶端固定有第一压电伸缩杆3，第一压电伸缩杆3的顶端固定有第一旋转支撑杆4，第一旋转检测装置固定于第一旋转支撑杆4上；压电升降式第二周向旋转平台包括与圆形基础平台1转动连接的第二旋转杆5，第二旋转杆5的顶端固定有第二压电伸缩杆6，第二压电伸缩杆6的顶端固定有第二旋转支撑杆7，第二旋转检测装置固定于第二旋转支撑杆7上。

通过第一压电伸缩杆3和第一旋转杆2准确控制第一旋转检测装置的垂直位移和旋转角度，通过第二压电伸缩杆6和第二旋转杆5准确控制第二旋转检测装置的垂直位移和旋转角度，实现第一旋转检测装置与第二旋转检测装置的定位配合，确保检测过程顺利进行；并且，通过控制第一旋转检测装置和第二旋转检测装置的转动配合，能够实现多种不同组合的微纳芯片的同时测试以及多样品的对比测试，提高测试效率。

第一旋转检测装置的端部还设有与第二旋转检测装置端部微纳芯片放置槽相配合的方形孔8，当第一旋转检测装置与第二旋转检测装置相交时，第二旋转检测装置端部的微纳芯片放置槽置于第一旋转检测装置方形孔8的正下方，此时，呈相交的第一旋转检测装置和第二旋转检测装置端部的微纳芯片放置槽均位于扫描电镜检测范围内。采用将第一旋转检测装置与第二旋转检测装置在检测时为上下交叠的方式，有利于缩短第一旋转检测装置与第二旋转检测装置上的微纳芯片放置槽之间的横向间距，有利于在扫描电镜检测限度范围内，进一步提高待测微纳芯片数量，达到高通量测试目的。

第一旋转检测装置包括结构相同且同轴设置在第一旋转支撑杆4上的三个周向旋转杆，依次记为为第一周向旋转杆10、第二周向旋转杆1111和第三周向旋转杆12，且这三个周向旋转杆在第一旋转支撑杆4上呈上下交错设置，相邻的两个周向旋转杆在水平面上投影夹角为60°。

第二旋转检测装置包括结构相同且同轴设置在第二旋转支撑杆7上的三个周向旋转杆，依次记为第四周向旋转杆13、第五周向旋转杆14和第六周向旋转杆15，且该多个周向旋转杆在第二旋转支撑杆7上呈上下交错设置，相邻的两个周向旋转杆在水平面上投影夹角为60°。

采用周向旋转杆在第一旋转支撑杆4或第二旋转支撑杆7上呈上下交错设置方式，使得在对相交的两个周向旋转杆上的微纳芯片进行测试时，能够避免其他周向旋转杆对检测视野的阻挡，有利于检测过程顺利进行。

第一旋转检测装置中周向旋转杆上的微纳芯片放置槽上设有一个卡槽9；第二旋转检测装置中周向旋转杆上的微纳芯片放置槽上设有三个卡槽9，第一旋转检测装置中周向旋转杆上的方形孔8与第二旋转检测装置中周向旋转杆上的微纳芯片放置槽相配合。本发明微纳芯片高通量测试机器人能够一次实现对24个微纳芯片的快速检测以及多种不同组合的对比检测，具有较高的测试效率。

圆形基础平台1上还设有驱动第一旋转杆2转动的第一驱动装置和驱动第二旋转杆5转动的第二驱动装置，第一驱动装置和第二驱动装置均包括固定于圆形基础平台1上的压电微马达20，压电微马达20的输出轴连接有主动齿轮21，第一旋转杆2和第二旋转杆5上均固定有与相应主动齿轮21相啮合的从动齿轮22。通过控制相应的压电微马达20输出轴的转动，并将压电微马达20输出轴的转动依次经主动齿轮21和从动齿轮22传递至第一旋转杆2或第二旋转杆5，并最终输出为第一旋转杆2或第二旋转杆5的转动，具有控制简单，定位准确的优点。

视觉检测装置包括用于对第一旋转检测装置、第二旋转检测装置端面轮廓进行图像反馈的第一视觉检测装置，以及用于对第一旋转检测装置、第二旋转检测装置端部相交位置进行图像反馈的第二视觉检测装置；第一视觉检测装置包括固定于圆形基础平台1上的第一视觉压电伸缩杆16和固定于第一视觉压电伸缩杆16顶部的第一摄像装置17；第二视觉检测装置包括固定于圆形基础平台1上的第二视觉压电伸缩杆18和固定于第二视觉压电伸缩杆18顶部的第二摄像装置19。摄像装置可采用摄像机、摄像头等装置。

第一视觉检测装置与第一旋转支撑杆4和第二旋转支撑杆7设置在同一竖直面上，第二视觉检测装置与第一视觉检测装置相互垂直布置在圆形基础平台1的外侧；第一视觉检测装置通过第一视觉压电伸缩杆16固连在圆形基础平台1上，通过驱动第一视觉压电伸缩杆16伸缩，控制第一视觉检测装置的自动升降；第二视觉检测装置通过第二视觉压电伸缩杆18固连在圆形基础平台1上，通过驱动第二视觉压电伸缩杆18伸缩，控制第二视觉检测装置的自动升降，从而达到对相邻周向旋转杆间高差进行实时成像反馈的目的。

利用第一视觉检测装置对第一旋转检测装置和第二旋转检测装置中的周向旋转杆的端部进行视觉成像反馈，利用第二视觉检测装置对两个周向旋转杆相交位置处进行视觉成像反馈，有利于第一旋转杆2、第一压电伸缩杆3、第二旋转杆5以及第二压电伸缩杆6分别对第一旋转检测装置和第二旋转检测装置的控制定位，有助于提高定位精度，实现自动化测试目的。

实施例2

一种视觉耦合压电定位的微纳芯片高通量测试机器人，与实施例1的区别在于第一旋转检测装置和第二旋转检测装置中周向旋转杆的数量不同，本实施例中第一旋转检测装置中周向旋转杆的数量为两个，呈相互垂直设置；第二旋转检测装置中周向旋转杆的数量为四个，相邻两个周向旋转杆在水平面上投影的夹角为45°。

实施例3

一种视觉耦合压电定位的微纳芯片高通量测试机器人，与实施例1的区别在于第一旋转检测装置中周向旋转杆的数量不同，本实施例中第一旋转检测装置中周向旋转杆的数量为四个，且相邻两个周向旋转杆在水平面上投影的夹角为45°。

实施例4

利用实施例1中视觉耦合压电定位的微纳芯片高通量测试机器人进行微纳芯片高通量测试的方法，如图1～7所示，包括以下步骤：

（1）依次顺序编号，放置微纳芯片：将置于第一旋转检测装置中的6个微纳芯片按顺序编号，依次为P11，P12，P21，P22，P31，P32，并依次放置在第一周向旋转杆10的D端和D´端、第二周向旋转杆11的E端和E´端和第三周向旋转杆12的F端和F´端的微纳芯片放置槽中，将置于第二旋转检测装置中的18个微纳芯片按顺序编号，依次为M11，M12，M13，M14，M15，M16，M21，M22，M23，M24，M25，M26，M31，M32，M33，M34，M35，M36，并依次放置在第四周向旋转杆13的G端和G´端、第五周向旋转杆14的H端和H´端和第六周向旋转杆15的I端和I´端的微纳芯片放置槽中的三个卡槽9上，从而满足不同微纳芯片进行组合测试的目的。

（2）驱动压电伸缩杆自动调整视觉检测模块高度：分别驱动第一视觉压电伸缩杆16和第二视觉压电伸缩杆18，自动调整第一摄像装置17和第二摄像装置19的高度，直至第一视觉检测装置和第二视觉检测装置的视野中心水平线均与第一旋转检测装置中目标周向旋转杆的上表面平齐。

（3）基于第一摄像装置17对目标周向旋转杆的实时成像反馈，控制目标周向旋转杆转动至预定组合测试位置K：当以第一周向旋转杆10和第四周向旋转杆13为目标周向旋转杆时，将第一周向旋转杆10和第四周向旋转杆13的预设截面轮廓输入计算机系统，分别驱动第一旋转杆2和第二旋转杆5转动，利用第一摄像装置17对目标第一周向旋转杆10和目标第四周向旋转杆13进行实时成像，通过判断目标第一周向旋转杆10、目标第四周向旋转杆13的轮廓是否与预设截面轮廓完全匹配，若完全匹配则自动判断为目标第一周向旋转杆10与目标第四周向旋转杆13旋转至同一中心连线C-C上，判定目标第一周向旋转杆10与目标第四周向旋转杆13旋转至预定组合测试位置K处，此时目标第四周向旋转杆13的微纳芯片的M11，M12，M13位于目标第一周向旋转杆10的方形孔8正下方的位置，若不完全匹配则继续驱动第一旋转杆2和第二旋转杆5转动转动，直至目标第一周向旋转杆10和目标第四周向旋转杆13的轮廓与预设截面轮廓完全匹配。

（4）第二视觉检测模块实时成像判断相邻目标周向旋转杆间的高差L：当第一摄像装置17通过实时成像判定目标第一周向旋转杆10和目标第四周向旋转杆13旋转至预定组合测试位置K时，通过第二摄像装置19对目标第一周向旋转杆10的下表面B和目标第四周向旋转杆13的上表面A进行实时成像，自动计算目标第一周向旋转杆10和目标第四周向旋转杆13的高差L。

（5）压电驱动耦合视觉定位目标周向旋转杆重合：通过第二摄像装置19对目标周向旋转杆进行实时成像，获得目标第四周向旋转杆13的上表面A距离目标第一周向旋转杆10下表面B的高差L，压电驱动第二压电伸缩杆6伸长，利用第二摄像装置19实时定位目标第四周向旋转杆13的上表面A的位置，直至目标第四周向旋转杆13的上表面A与目标第一周向旋转杆10下表面B重合，此时计算机系统判断目标第四周向旋转杆13的上表面A距离目标第一周向旋转杆10下表面B的正下方高差L=0，计算机控制扫描电子显微镜开始对微纳芯片1的P11和微纳芯片2的M11，M12，M13进行同时检测，从而达到通过压电驱动耦合视觉定位组合不同微纳芯片进行同时测试的目的。

（6）第二视觉检测模块实时成像判定不同目标微纳芯片组合测试完成：当第一周向旋转杆10的D端微纳芯片P11和第四周向旋转杆13G端微纳芯片M11，M12，M13完成组合测试后，压电驱动第二压电伸缩杆6收缩，利用第二摄像装置19实时定位第四周向旋转杆13的上表面A的位置，直至第四周向旋转杆13的上表面A与第一周向旋转杆10的下表面B的间距恢复初始高度差L，此时计算机系统判定目标微纳芯片P11和目标微纳芯片M11，M12，M13完成第一组组合测试。

（7）目标周向旋转杆高通量组合测试不同微纳芯片：根据实验目的，确定不同组合的目标周向旋转杆，通过控制第一旋转杆2和第二旋转杆5，自动旋转第一旋转检测装置中的目标周向旋转杆和第二旋转检测装置中的目标周向旋转杆，通过第一压电伸缩杆3和第二压电伸缩杆6分别调整第一旋转检测装置中的目标周向旋转杆、第二旋转检测装置中的目标周向旋转杆，重复步骤（2）至（6），实现第一旋转检测装置中的目标周向旋转杆和第二旋转检测装置中的目标周向旋转杆相互组合，从而达到高通量组合测试不同微纳芯片的目的。

Claims (9)

1.一种视觉耦合压电定位的微纳芯片高通量测试机器人，其特征在于，包括固定于扫描电镜样品台上的圆形基础平台，圆形基础平台上设有压电升降式第一周向旋转平台、压电升降式第二周向旋转平台，所述压电升降式第一周向旋转平台包括第一旋转检测装置，所述压电升降式第二周向旋转平台包括与第一旋转检测装置相配合的第二旋转检测装置，所述第一旋转检测装置与第二旋转检测装置的端部均设有微纳芯片放置槽，第一旋转检测装置与第二旋转检测装置旋转后，两者的端部相交配合形成微纳芯片观测区；所述圆形基础平台上设有与第一旋转检测装置和第二旋转检测装置相配合的视觉检测装置。

2.根据权利要求1所述的视觉耦合压电定位的微纳芯片高通量测试机器人，其特征在于，所述第一旋转检测装置的端部还设有与第二旋转检测装置端部微纳芯片放置槽相配合的方形孔，当第一旋转检测装置与第二旋转检测装置相交时，第二旋转检测装置端部的微纳芯片放置槽置于第一旋转检测装置方形孔的正下方，此时，呈相交的第一旋转检测装置和第二旋转检测装置端部的微纳芯片放置槽均位于扫描电镜检测范围内。

3.根据权利要求2所述的视觉耦合压电定位的微纳芯片高通量测试机器人，其特征在于，所述微纳芯片放置槽中设有多个卡槽。

4.根据权利要求3所述的视觉耦合压电定位的微纳芯片高通量测试机器人，其特征在于，所述压电升降式第一周向旋转平台包括与圆形基础平台转动连接的第一旋转杆，所述第一旋转杆的顶端固定有第一压电伸缩杆，所述第一压电伸缩杆的顶端固定有第一旋转支撑杆，所述第一旋转检测装置固定于第一旋转支撑杆上；所述压电升降式第二周向旋转平台包括与圆形基础平台转动连接的第二旋转杆，所述第二旋转杆的顶端固定有第二压电伸缩杆，所述第二压电伸缩杆的顶端固定有第二旋转支撑杆，所述第二旋转检测装置固定于第二旋转支撑杆上。

5.根据权利要求4所述的视觉耦合压电定位的微纳芯片高通量测试机器人，其特征在于，所述第一旋转检测装置包括结构相同且同轴设置在第一旋转支撑杆上的多个周向旋转杆，且所述的多个周向旋转杆在第一旋转支撑杆上呈上下交错设置；所述第二旋转检测装置包括结构相同且同轴设置在第二旋转支撑杆上的多个周向旋转杆，且在第二旋转支撑杆上呈上下交错设置。

6.根据权利要求5所述的视觉耦合压电定位的微纳芯片高通量测试机器人，其特征在于，所述圆形基础平台上还设有驱动第一旋转杆转动的第一驱动装置和驱动第二旋转杆转动的第二驱动装置，所述第一驱动装置和第二驱动装置均包括固定于圆形基础平台上的压电微马达，所述压电微马达的输出轴连接有主动齿轮，所述第一旋转杆和第二旋转杆上均固定有与相应主动齿轮相啮合的从动齿轮。

7.根据权利要求6所述的视觉耦合压电定位的微纳芯片高通量测试机器人，其特征在于，所述视觉检测装置包括用于对第一旋转检测装置、第二旋转检测装置端面轮廓进行图像反馈的第一视觉检测装置，以及用于对第一旋转检测装置、第二旋转检测装置端部相交位置进行图像反馈的第二视觉检测装置；所述第一视觉检测装置包括固定于圆形基础平台上的第一视觉压电伸缩杆和固定于第一视觉压电伸缩杆顶部的第一摄像装置；所述第二视觉检测装置包括固定于圆形基础平台上的第二视觉压电伸缩杆和固定于第二视觉压电伸缩杆顶部的第二摄像装置。

8.利用视觉耦合压电定位的微纳芯片高通量测试机器人进行微纳芯片高通量测试的方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）微纳芯片的放置：将微纳芯片置于第一旋转检测装置和第二旋转检测装置的微纳芯片放置槽中；

（2）视觉检测装置高度初始化：分别控制第一视觉压电伸缩杆、第二视觉压电伸缩杆伸缩至第一摄像装置、第二摄像装置的视野中心水平线均与第一旋转检测装置中待检测的周向旋转杆的上表面平齐；

（3）基于第一摄像装置对第一旋转检测装置和第二旋转检测装置进行旋转定位，使第一旋转检测装置和第二旋转检测装置相交，相交的两个周向旋转杆位于同一竖直面上，此时，呈相交状态的第二旋转检测装置上周向旋转杆上的微纳芯片放置槽位于第一旋转检测装置上周向旋转杆的方形孔的正下方，且相交的两个周向旋转杆上的微纳芯片放置槽均位于扫描电镜物镜的正下方；

（4）基于第二摄像装置对第一旋转检测装置上的周向旋转杆和第二旋转检测装置上的周向旋转杆相交位置进行视觉成像，获取第一旋转检测装置上的周向旋转杆下表面与第二旋转检测装置上的周向旋转杆的上表面之间的初始高度差L；

（5）基于第二摄像装置的视觉成像反馈，控制第一压电伸缩杆收缩或第二压电伸缩杆伸长，调节呈相交状态的两个周向旋转杆之间的高度差，直至两者之间的高度差为0，此时，相交的两个周向旋转杆上的微纳芯片放置槽均位于扫描电镜的观测区内；

（6）控制扫描电镜对相交的两个周向旋转杆上的微纳芯片进行同时检测；

（7）根据检测需要，分别控制第一旋转杆和第二旋转杆旋转，重复步骤（2）～（6），依次对不同组合的周向旋转杆上的微纳芯片进行同时检测。

9.根据权利要求8所述的微纳芯片高通量测试的方法，其特征在于，所述步骤（3）中基于第一摄像装置对第一旋转检测装置和第二旋转检测装置进行旋转定位的具体过程如下：

A.将待相交的两个周向旋转杆的预设截面轮廓输入计算机系统；

B.分别驱动第一旋转杆和第二旋转杆旋转，分别带动固定于第一旋转杆上的周向旋转杆、固定于第二旋转杆上的周向旋转杆转动；

C.基于第一摄像装置对第一旋转检测装置上的周向旋转杆、第二旋转检测装置上的周向旋转杆的端面进行实时成像，判断这两个周向旋转杆的端面轮廓是否与预设截面轮廓完全匹配，并反馈至计算机系统，直至完全匹配后停止第一旋转杆和第二旋转杆的转动。

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