KR100384701B1 - Micro-tribo tester in situation in scanning electron microscopy - Google Patents

Micro-tribo tester in situation in scanning electron microscopy Download PDF

Info

Publication number
KR100384701B1
KR100384701B1 KR10-2000-0036913A KR20000036913A KR100384701B1 KR 100384701 B1 KR100384701 B1 KR 100384701B1 KR 20000036913 A KR20000036913 A KR 20000036913A KR 100384701 B1 KR100384701 B1 KR 100384701B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
pin
disk
specimen
scanning electron
micro
Prior art date
Application number
KR10-2000-0036913A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20020002674A (en
Inventor
김대은
성인하
이형석
Original Assignee
학교법인연세대학교
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 학교법인연세대학교 filed Critical 학교법인연세대학교
Priority to KR10-2000-0036913A priority Critical patent/KR100384701B1/en
Publication of KR20020002674A publication Critical patent/KR20020002674A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR100384701B1 publication Critical patent/KR100384701B1/en

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N19/00Investigating materials by mechanical methods
    • G01N19/02Measuring coefficient of friction between materials
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/26Electron or ion microscopes; Electron or ion diffraction tubes
    • H01J37/28Electron or ion microscopes; Electron or ion diffraction tubes with scanning beams

Abstract

본 발명은 주사전자현미경내에서의 마찰 마멸 실험 및 가시화를 구현한 마이크로 트리보 테스터에 관한 것으로서 디스크 회전수단을 설치하여 디스크가 저속회전이 가능하도록 함과 셈(SEM) 내부의 스테이지 상부에 핀 고정부를 설치하여 시편과 소정의 각도를 유지하도록 하여 핀과 디스크 접촉점에서 일어나는 현상을 실시간으로 관찰할 수 있도록 한 것이다.The present invention relates to a micro tribo tester that implements friction wear experiments and visualization in a scanning electron microscope. By installing the government to maintain a certain angle with the specimen to observe in real time the phenomenon occurring at the pin and disk contact point.

본 발명은 시편을 설치하는 디스크가 설치된 핀 온 디스크장치와 시편의 상태를 검출하는 신호출력장치로 이루어진 셈과; 상기 신호출력장치와 연결되어 검출된 신호를 문자로 출력하는 데이터출력장치로 이루어진 주사전자현미경내에서의 마찰 마멸 실험 및 가시화를 구현한 마이크로 트리보 테스터에 있어서, 상기 디스크를 저속으로 회전시키는 디스크회전수단 (10)과; 상기 저속으로 회전하는 디스크의 상부에 설치된 시편과 접촉하는 핀을 고정하면서 스테이지가 삽착되는 스테이지 고정부를 형성하여 셈의 내부에 설치되는 핀 고정부와(40); 상기 신호출력장치에 의해 검출된 신호를 영상과 데이터로 출력하는 디스플레이수단(70)을 포함하여 이루어진 특징이 있다.The present invention comprises a pin-on disk device with a disk on which a specimen is installed and a signal output device for detecting a state of the specimen; A micro tribo tester embodying a friction wear test and visualization in a scanning electron microscope, comprising a data output device connected to the signal output device and outputting a detected signal as a character, the disk rotation for rotating the disk at a low speed. Means (10); A pin fixing part (40) installed in the interior of the cell by forming a stage fixing part to which the stage is inserted while fixing the pin in contact with the specimen installed on the disk rotating at a low speed; And a display means 70 for outputting the signal detected by the signal output device as an image and data.

Description

주사 전자현미경내에서의 마찰 마멸 실험 및 가시화를 구현한 마이크로 트리보 테스터{Micro-tribo tester in situation in scanning electron microscopy}Micro-tribo tester in situation in scanning electron microscopy

본 발명은 주사 전자현미경내에서의 마찰 마멸 실험 및 가시화를 구현한 마이크로 트리보 테스터에 관한 것으로서 특히 디스크회전수단을 이용하여 디스크를 저속회전 시키고 셈 내부의 스테이지 상부에 핀 고정부를 설치하여 시편과 소정의 각도를 형성하도록 하여 핀과 디스크 접촉점에서 일어나는 현상을 실시간으로 관찰할 수 있게 한 주사전자현미경내에서의 마찰 마멸 실험 및 가시화를 구현한 마이크로 트리보 테스터에 관한 것이다.The present invention relates to a micro tribo tester that implements friction wear test and visualization in a scanning electron microscope. In particular, the disk is rotated at low speed by using a disk rotating means, and a pin fixing part is installed on the upper stage of the cell. The present invention relates to a micro tribo tester that implements friction wear experiments and visualizations in a scanning electron microscope that allows a predetermined angle to be observed in real time at a pin and disk contact point.

일반적으로 주사전자현미경(SEM, Scanning Electron Microscopy)은 전자빔을 시료 표면에 조사하여 튀어나오는 2차 전자를 이용하여 관찰 하는 현미경을 말한다.In general, Scanning Electron Microscopy (SEM) refers to a microscope that is observed by using a secondary electron protruding by irradiating the electron beam on the sample surface.

주사전자현미경은 첨부도면 도 7에 도시된 바와 같이 전자의 발생부인 전자총 부분과 전자를 모아서 조사해주는 렌즈가 있고 시료가 놓이고 테스터기가 있는 셈 스테이지, 그리고 데이터를 출력하는 영상출력, DATA 출력단으로 구성되며, 상기전자총 부분의 필라멘트(Filament)에 전원을 가하여 방출된 전자를 높은 전압으로 가속하여(10-40kV) 집속렌즈로 모아서 시료 표면에 조사시켜 시료에서 방출되는 2차 전자를 검출하여 영상을 만드는 원리를 이용하였다.As shown in FIG. 7, the scanning electron microscope includes an electron gun portion, which is an electron generating unit, a lens for collecting and inspecting electrons, a sample stage where a sample is placed and a tester, and an image output and a data output stage for outputting data. The filament of the electron gun portion is powered to accelerate the emitted electrons to a high voltage (10-40 kV), collect them with a focusing lens and irradiate them on the surface of the sample to detect secondary electrons emitted from the sample to make an image. The principle was used.

전자총에서 전자를 생산하는 방법에는 두 가지가 있는데, 하나는 필라멘트를 고온으로 가열시켜서 필라멘트의 표면으로부터 자유전자가 진공 중으로 방출되도록 하는 방법이고, 다른 하나는 고 진공 중에서 필라멘트 표면에 고압의 전위차를 걸어주어 전자를 방출시키는 방법이다. 앞의 것을 열전자라 하고, 후자를 전위차계전자(Field emission electron)라고 한다.There are two ways to produce electrons from an electron gun. One is to heat the filament to a high temperature so that free electrons are released into the vacuum from the surface of the filament. The other is to apply a high-voltage potential difference to the surface of the filament under high vacuum. To emit electrons. The former is called a hot electron, and the latter is called a field emission electron.

전자총으로부터 방출된 전자는 가속전압에 의해 가속되어 다시 집속렌즈로 모아서 시료에 조사된다. 시료에 조사된 1차 전자는 2차 전자를 비롯한 X-선등 여러가지의 다양한 정보를 갖는 전자를 방출하게 되는데, 여기서 2차 전자만을 검출하여 영상을 만드는 것이 주사전자 현미경이다The electrons emitted from the electron gun are accelerated by the acceleration voltage, collected by the focusing lens, and irradiated onto the sample. The primary electrons irradiated onto the sample emit electrons with various kinds of information such as secondary electrons and X-rays, and scanning electron microscopes detect only secondary electrons and make an image.

고체상태에서 작은 시료의 미세 조직과 형상을 관찰하는데 가장 다양하게 쓰이는 현미경으로 가속된 전자빔을 시료에 주입하면 입사된 전자빔이 시료표면에서 탄성 및 비 탄성 충돌을 일으키면서 여러 가지 정보를 가진 물질(SecondaryElectron, Back Scanning Electron, X-ray, Photon, Auger)을 방출시킨다.Injecting an accelerated electron beam into a sample, the most widely used to observe the microstructure and shape of small samples in a solid state, causes incident and incident electron beams to have elastic and non-elastic impacts on the surface of the sample (SecondaryElectron). , Back Scanning Electron, X-ray, Photon, Auger).

이때 상기 물질을 선택적으로 전자검출기로 검출하여 영상화하고, 상대 재료간의 운동이 있을 경우 에너지의 손실과 운동 저항이 생기게 되고 이로 인해 마찰력이 발생하며 상대 재료간의 마멸 현상이 일어나게 된다.At this time, the material is selectively detected by an electron detector and imaged, and when there is motion between the counterpart materials, energy loss and motion resistance are generated, which causes friction and wear of the counterpart materials.

마찰, 마멸 분야에서 연구의 대상으로 삼고 있는 것 또한 마찰계수의 저감을 통한 비가역적 에너지 손실의 방지와 마찰,마멸 현상의 원인을 밝혀내고자 하는 방향에서 이루어지고 있다.The research subjects in the field of friction and abrasion are also aimed at preventing irreversible energy loss and finding the causes of friction and wear by reducing the friction coefficient.

실험 방법으로는 마찰, 마멸 현상이 일어나는 기계요소의 접촉형태에 따라 핀 온 디스크(PIN-ON-DISK), 핀 온 실린더(PIN-ON-CYLINDER), 또는 실린더 온 실린더(cyliner-on-cylinder)등과 같은 비교 실험이 주로 이루어지게 되며 이러한 실험을 통해서 기계 부품에서 생기게 되는 마찰과 마멸 현상을 마찰력의 변화, 마찰계수의 변화, 마멸양의 측정 등을 통해 예측하게 된다.Experimental methods include pin-on-disk, pin-on-cylinder, or cylinder-on-cylinder, depending on the type of contact of the frictional and abrasive mechanical elements. Comparative experiments such as these are mainly conducted. Through these experiments, the friction and abrasion phenomena generated in mechanical parts are predicted through the change of the friction force, the change of the friction coefficient, and the measurement of the amount of wear.

상기와 같이 종래에는 셈(SEM)의 스테이지(stage)를 움직이기 위해서는 직접 손으로 잡고 돌리는 방식으로 디스크를 회전시켜 저속을 구현하였으나 이러한 경우 안정된 정상 상태의 속도를 유지한다고 할 수 없으며, 두 상대 운동을 하는 물질간에 생기게 되는 마멸 입자들의 움직임이나 마멸 입자가 생겼을 때의 핀의 움직임 등을 관찰하기 위해서는 마멸 입자가 생길 때까지 일정하게 속도를 유지해야 하는데 이러한 경우 손으로 제어한다는 것은 불가능하다.As described above, in order to move the stage of the SEM, the disk is realized by rotating the disk by hand holding and turning, but in this case, it is not possible to maintain a steady steady state speed. In order to observe the movements of the abrasive particles generated between the materials, and the movement of the pins when the abrasive particles are formed, it is necessary to maintain a constant speed until the abrasive particles are generated. In this case, it is impossible to control by hand.

또한, 마찰과 마멸 현상을 마찰력의 변화, 마찰계수의 변화, 마멸양의 측정 등을 통해 예측하게 됨으로 정확한 데이터를 산출하기가 어려운 문제점이 있었다.In addition, the friction and abrasion phenomena are predicted through a change in the friction force, a change in the coefficient of friction, the measurement of the amount of wear, there was a problem that it is difficult to calculate the accurate data.

또 다른 문제점으로는 핀과 디스크 위의 시편간에 일어나는 현상을 관찰할 수 없다는 한계도 있었다Another problem was the limitation of not being able to observe the phenomenon between the specimen on the pin and the disk.

본 발명은 상기한 종래 문제점을 감안하여 안출한 것으로서 본 발명의 목적은 핀 회전수단을 디스크와 연결 설치하여 저속회전이 가능하도록 하고 셈 내부의 스테이지 상부에 핀 고정부를 설치하여 시편과 소정의 각도를 형성하도록 하여 핀과 디스크 접촉점에서 일어나는 현상을 실시간으로 관찰할 수 있는 주사전자현미경내에서의 마찰 마멸 시험장치를 제공하는데 있다The present invention has been made in view of the above-mentioned conventional problems, and an object of the present invention is to install a pin rotating means connected to a disk to enable low speed rotation, and to install a pin fixing part on the upper stage of the inside of the sample and a predetermined angle. It is to provide a friction wear test apparatus in a scanning electron microscope that can observe in real time the phenomenon occurring at the pin and disk contact point by forming a

도 1은 본 발명의 구성을 보여주는 예시도.1 is an exemplary view showing a configuration of the present invention.

도 2는 셈 내부에 설치된 핀 고정부의 구조를 보여주는 사시도.2 is a perspective view showing a structure of a pin fixing part installed inside a cell.

도 3은 핀과 디스크 및 시편의 설치상태를 보여주는 사시도.Figure 3 is a perspective view showing the installation state of the pin and disk and the specimen.

도 4는 시편의 수직방향으로 작용되는 힘을 측정한 그래프.Figure 4 is a graph measuring the force acting in the vertical direction of the specimen.

도 5는 시편의 접선방향에 대하여 작용되는 힘을 측정한 그래프.5 is a graph measuring the force acting on the tangential direction of the specimen.

도 6은 시간에 다른 마찰계수의 변화를 측정한 그래프.6 is a graph measuring the change of the friction coefficient with time.

도 7은 일반적인 주사전자현미경의 구성도.7 is a block diagram of a typical scanning electron microscope.

※도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명※※ Explanation of code for main part of drawing ※

10 : 디스크회전수단 20 : 시편10: disc rotating means 20: specimen

40 : 핀 고정부 41 : 스테이지 고정부40: pin fixing portion 41: stage fixing portion

42 : 브라켓트 44 : 핀 고정홀42: bracket 44: pin fixing hole

45 : 핀 46 : 회전바45: pin 46: rotation bar

46a : 무게추 46b : 나사46a: weight 46b: screw

47 : 센서 50 : 신호출력부47: sensor 50: signal output unit

60 : 셈 70 : 디스플레이수단60: Shem 70: Display means

80 : 스테이지 90 : 디스크80: stage 90: disk

이러한 본 발명의 목적은 시편을 올려 놓은 디스크가 설치된 핀 온 디스크장치와 시편의 상태를 검출하는 신호출력장치로 이루어진 셈과; 상기 신호출력장치와 연결되어 검출된 신호를 문자로 출력하는 데이터출력장치로 이루어진 주사전자현미경내에서의 마찰 마멸 실험 및 가시화를 구현한 마이크로 트리보 테스터에 있어서, 상기 디스크를 저속으로 회전시키는 디스크회전수단과; 상기 저속으로 회전하는 디스크의 상부에 설치된 시편과 접촉하는 핀을 고정하면서 스테이지가 삽착되는 스테이지 고정부를 형성하여 셈의 내부에 설치되는 핀 고정부와 그러한 메카니즘; 상기 신호출력장치에 의해 검출된 신호를 영상과 데이터로 출력하는 디스플레이수단을 포함하여 이루어진 주사전자현미경내에서의 마찰 마멸 실험 및 가시화를 구현한 마이크로 트리보 테스터에 의하여 달성된다.The object of the present invention comprises a pin-on disk device with a disk on which the specimen is placed and a signal output device for detecting the state of the specimen; A micro tribo tester embodying a friction wear test and visualization in a scanning electron microscope, comprising a data output device connected to the signal output device and outputting a detected signal as a character, the disk rotation for rotating the disk at a low speed. Means; A pin fixing part and a mechanism installed inside the cell by forming a stage fixing part to which a stage is inserted while fixing a pin contacting a specimen installed on an upper portion of the disk rotating at a low speed; It is achieved by a micro tribo tester embodying friction wear experiments and visualization in a scanning electron microscope comprising a display means for outputting a signal detected by the signal output device as an image and data.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

첨부도면 도 1은 본 발명의 구성을 보여주는 예시도이고, 도 2는 셈 내부에 설치된 핀 고정부의 구조를 보여주는 사시도로써, 본 발명의 주사전자현미경내에서의 마찰 마멸 실험 및 가시화를 구현한 마이크로 트리보 테스터는 시편을 설치하는 디스크가 설치된 핀 온 디스크장치와 시편의 상태를 검출하는 신호출력장치로 이루어진 셈과; 상기 신호출력장치와 연결되어 검출된 신호를 문자로 출력하는 데이터출력장치로 이루어진 주사전자현미경내에서의 마찰 마멸 실험 및 가시화를 구현한 마이크로 트리보 테스터에 있어서, 상기 디스크를 저속으로 회전시키는 디스크회전수단과; 상기 디스크회전수단의 상부에 설치된 시편과 접촉하는 핀을 고정하면서 스테이지가 상부에 설치되어 셈의 내부에 설치되는 핀 고정부와 그러한 메카니즘; 상기 신호출력장치에 의해 검출된 신호를 영상과 데이터로 출력하는 디스플레이수단을 포함하여 구성되어 있다.1 is an exemplary view showing the configuration of the present invention, Figure 2 is a perspective view showing the structure of the pin fixing portion installed in the interior of the micro-fiber wear friction experiment and visualization in the scanning electron microscope of the present invention The tribo tester is composed of a pin-on disk device in which a disk for installing a specimen is installed and a signal output device for detecting a state of the specimen; A micro tribo tester embodying a friction wear test and visualization in a scanning electron microscope, comprising a data output device connected to the signal output device and outputting a detected signal as a character, the disk rotation for rotating the disk at a low speed. Means; A pin fixing part and a mechanism in which a stage is installed on the upper part of the disk and fixed in contact with the specimen installed on the upper part of the disk rotating means and installed in the interior of the cell; And display means for outputting a signal detected by the signal output device as an image and data.

이를 구체적으로 설명하면 디스크회전수단(10)은 셈 내부의 스테이지 위에 존재하는 상기 디스크(90)를 저속으로 회전시키기 위한 장치로 워엄기어와 평기어로 이루어진 기어 박스를 사용하여 감속비는 약 60 : 1, 디스크(90)의 회전 속도는 0.01RPM이하를 구현하였다.Specifically, the disk rotation means 10 is a device for rotating the disk 90 existing on the stage inside the machine at a low speed. The gear ratio using a worm gear and a spur gear is about 60: 1. , The rotation speed of the disk 90 is implemented less than 0.01RPM.

상기 디스크회전수단(10)에 의해 저속으로 회전하는 디스크(90)와 그 위에 부착되는 시편(20)이 동시에 회전하게 되고 이 때 시편(20)과 핀(45)과의 접촉점에서 발생하는 마찰 마멸을 측정하게 된다.The disk 90 rotating at a low speed by the disk rotating means 10 and the specimen 20 attached thereto are rotated at the same time, and at this time, friction wear generated at the contact point between the specimen 20 and the pin 45 is performed. Will be measured.

다시 말하면, 본 발명은 통상의 핀 온 디스크장치를 응용한 핀 고정부(40) 및 핀 고정부(40)에서 측정된 신호를 송출하는 신호출력부(50)로 구성되어 있으며, 상기 핀 고정부(40)는 일측부에 스테이지 고정부(41)와, 축과 베어링이 장착되는 브라켓트(42)와, 상기 브라켓트(42) 사이에 위치하면서 핀(45)을 삽설시키는 핀 고정홀(44)이 구비된 회전바(46)와, 상기 회전바(46)에 위치하면서 상부로 돌출된 나사(46b)에 나합되는 무게추(46a)와, 상기 핀(45)과 시편(20)의 접촉시 이를 검출 측정하는 센서(47)로 이루어진 구조이며, 디스플레이수단(70)은 검출된 신호를 영상과 데이터로 동시 출력하는 영상출력부(71)와 데이터출력부(72)로 이루어진 구조이다.In other words, the present invention is composed of a pin fixing unit 40 and a signal output unit 50 for transmitting a signal measured by the pin fixing unit 40 to which a conventional pin on disk device is applied. 40 has a stage fixing part 41, a bracket 42 on which a shaft and a bearing are mounted, and a pin fixing hole 44 for inserting the pin 45 while being positioned between the bracket 42 at one side thereof. The provided rotary bar 46, the weight 46a which is screwed to the screw 46b protruding upward while being located on the rotary bar 46, and the contact with the pin 45 and the specimen 20 It is a structure consisting of a sensor 47 for detecting and measuring, the display means 70 is composed of an image output unit 71 and a data output unit 72 for simultaneously outputting the detected signal as an image and data.

상기와 같은 구조를 갖는 본 발명의 작용 효과를 설명하면 첨부도면 도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이, 핀(45)이 시편(20)의 원하는 위치에서 접촉하여 핀(45)에 일정한 하중을 가한 상태에서 디스크회전수단(10)을 구동시켜 디스크(90)를 회전시키면 디스크(90) 위의 시편(20)이 저속의 회전운동을 하여 핀(45)과 시편(20)과의 마찰 마멸 현상이 발생하게 되고 셈(SEM)(60)을 통하여 마찰 마멸 현상을 관찰할 수 있다.Referring to the operation and effect of the present invention having a structure as described above as shown in Figure 1 to 2, the pin 45 is in contact with the desired position of the specimen 20 to apply a constant load to the pin 45 When the disk 90 is rotated by driving the disk rotating means 10 in the applied state, the specimen 20 on the disk 90 rotates at a low speed so that friction between the pin 45 and the specimen 20 occurs. This occurs and the friction wear phenomenon can be observed through the SEM (SEM) (60).

시편(20)이 회전운동을 하기 위해서는 디스크(90)를 회전시켜야 하는데 디스크(90)의 회전속도를 초 저속으로 유지하여야 하며, 그 이유는 셈(60)에서 보내는 이미지의 배율이 매우 크기 때문에 저속이 아닌 경우 접촉점에서 일어나는 현상을 실시간으로 관찰하는 것이 불가능 하기 때문이다.기존에는 스테이지를 움직이기 위해서는 직접 손으로 잡고 돌리는 방식으로 디스크를 회전시켜 저속을 구현하였으나 이러한 경우 안정된 정상상태의 속도를 유지할수 없다. 두 상대 운동을 하는 물질간에 생기게 되는 마멸 입자들의 움직임이나 마멸 입자가 생겼을 때의 핀의 움직임 등을 관찰하기 위해서는 마멸 입자가 생길 때까지 일정하게 속도를 유지해야 하는데 이러한 경우 손으로 제어한다는 것은 불가능하며, 상기 디스크를 회전시키는 손을 기존의 모터로 대체하여 사용할 경우 최대한 0.3RPM 이 가능하지만 셈 내에서 고배율로 확대될 경우 관찰이 어려울 정도로 빠른 속도라고 할 수 있다.In order for the specimen 20 to rotate, the disk 90 must be rotated, and the rotation speed of the disk 90 must be kept at a very low speed because the magnification of the image sent from the cell 60 is very high. This is because it is impossible to observe the phenomenon occurring at the contact point in real time. In the past, the disk was rotated by rotating the disc by hand holding and rotating to move the stage. none. In order to observe the movement of the abrasive particles between the two relative movement materials or the movement of the pin when the abrasive particles are formed, the speed must be kept constant until the abrasive particles are formed. In this case, it is impossible to control by hand. If the disk rotating hand is replaced with an existing motor, 0.3RPM is possible, but when the magnification is enlarged at high magnification within the count, it can be said that the speed is difficult to observe.

디스크회전수단(10)을 구동시켜 디스크(90)를 회전시키면 제작된 기어 박스를 이용하여 초 저속의 회전속도를 구현할 수 있으며 핀(45)과 시편(20)간의 마찰 마멸 현상을 셈을 통해 관찰할 수 있으며 안정적인 정상 상태의 디스크(90) 회전속도가 유지되기 때문에 정확한 마찰 마멸 실험이 가능하게 된다.By rotating the disk 90 by driving the disk rotating means 10, it is possible to realize a very low rotational speed using the manufactured gear box and observe the friction wear phenomenon between the pin 45 and the specimen 20 by counting. It is possible to maintain a stable steady state of the disk 90 rotation speed is possible to accurately experiment friction wear.

한편, 스테이지 고정부(41)는 핀 고정부(40)가 스테이지(80)에 고정되도록 하는 역할을 하는데 이 때 고정되는 위치에 따라 핀(45)이 시편(20)과 접촉하는 위치를 조절할 수 있으며, 회전바(46)는 핀(45)의 고정과 핀(45)과 디스크(90)간의 각도유지, 핀(45)에서 나오는 신호를 감지하는 역할을 한다.Meanwhile, the stage fixing part 41 serves to fix the pin fixing part 40 to the stage 80. At this time, the pin fixing part 41 may adjust the position where the pin 45 contacts the specimen 20. In addition, the rotation bar 46 serves to fix the pin 45 and maintain the angle between the pin 45 and the disk 90 and detect the signal from the pin 45.

상기 핀 고정부(40)의 특징을 구체적으로 살펴보면, 스테이지 고정부(41)는 스테이지(80)에 부착되는 부위로 나사의 조임, 풀림에 의해 스테이지(80)의 임의의 위치에 고정시킬 수 있도록 제작하였다. 그러므로 핀 고정부(40)를 스테이지(80)상에서 ①번 방향으로 자유롭게 위치시킬 수 있기 때문에 핀(45)이 시편(20)위의 정확한 위치에 놓이도록 하기 위한 X 방향의 움직임이 가능하다.Looking at the features of the pin fixing portion 40 in detail, the stage fixing portion 41 is a portion that is attached to the stage 80 to be fixed to any position of the stage 80 by tightening and loosening screws. Produced. Therefore, since the pin fixing portion 40 can be freely positioned on the stage 80 in the direction of ①, movement in the X direction to allow the pin 45 to be positioned at the correct position on the specimen 20 is possible.

②번 방향의 움직임 또한 핀(45)이 시편(20) 위의 정확한 위치에 놓이도록 하기 위한 핀 고정부(40)의 Y방향의 움직임이 가능함을 보여 주고 있다.② direction movement also shows that the pin 45 is capable of movement in the Y direction of the pin fixing portion 40 to be placed in the correct position on the specimen (20).

③번 방향의 움직임은 브라켓트(42)가 스테이지 고정부(41)의 임의의 위치에 부착되도록 분리되어 있으며 원하는 위치에서 나사 조임에 의해 결합할 수 있기 때문에, 핀(45)이 시편(20)의 정확한 위치에 놓이도록 하기 위한 Z축(높이) 방향의 움직임이 가능함을 나타내고 있다.③ direction movement is separated so that the bracket 42 is attached to any position of the stage fixing portion 41 and can be engaged by screwing in the desired position, the pin 45 is the It indicates that the movement in the Z-axis (height) direction is possible to be in the correct position.

④번 방향의 움직임은 브라켓트(42)에 베어링으로 연결된 회전바(46)의 회전방향의 움직임을 나타내고 있다. 회전바(46)의 회전운동으로 인하여 디스크(90)가 공간상의 임의의 각도로 기울어진 경우에도 핀(45)의 회전이 가능하게 되며 디스크(90) 위에 부착된 시편(20)과 핀(45)이 항상 90˚를 유지할 수 있기 때문에 두 재료 사이의 정확한 마찰 계수의 측정이 가능하게 된다.The movement in the ④ direction represents the movement in the rotational direction of the rotation bar 46 connected to the bracket 42 by a bearing. Due to the rotational movement of the rotation bar 46, the pin 45 can be rotated even when the disc 90 is inclined at an arbitrary angle in space, and the test piece 20 and the pin 45 attached to the disc 90 can be rotated. ) Can always be maintained at 90 °, allowing accurate measurement of the coefficient of friction between two materials.

마찰력의 측정은 도 3의 화살표로 나타낸 바와 같이 핀(45)에 작용하는 수직하중 힘에 대한 접촉점에서의 접선 방향의 힘을 의미한다. 마찰력은 회전바(46)에 부착된 센서(47)를 통해서 측정되며, 센서(47)는 미소 하중에 대한 미소 변형량이 저항의 변화로 나타나 센서에 가해지는 전압 대 출력 전압의 비로서 그 크기를 감지한다.결론적으로, 본 발명품을 통하여 핀(45)과 디스크(90) 위에 부착된 시편(20)간의 마찰력을 측정하는데 있어서 시편(20)의 임의의 위치에 핀(45)을 올려 놓을 수 있을 뿐 아니라 임의의 각도로 디스크(90)를 기울일 경우에도 핀(45)과 디스크(90) 간의 각도를 수직이 되도록 유지할 수 있기 때문에 정확한 마찰 실험이 가능하다.The measurement of the frictional force means the tangential force at the point of contact with respect to the vertical load force acting on the pin 45 as indicated by the arrow in FIG. 3. The frictional force is measured through the sensor 47 attached to the rotary bar 46, and the sensor 47 shows the magnitude of the small deformation with respect to the micro load as a change in the resistance, which is a ratio of the voltage to the output voltage applied to the sensor. In conclusion, the present invention allows the pin 45 to be placed at any position of the specimen 20 in measuring the frictional force between the pin 45 and the specimen 20 attached to the disk 90. In addition, even when the disk 90 is tilted at an arbitrary angle, the angle between the pin 45 and the disk 90 can be maintained to be vertical, so that accurate friction experiments are possible.

첨부도면 도 3은 셈 내부에 설치된 핀(45)과 디스크(90) 위에 놓인 시편(20) 간의 접촉 상태 가운데 한 예이다. 핀(45)은 핀 고정홀(44)에 의해 회전바(46)의 끝단에 고정되어 있으며 디스크(90) 위에 부착된 시편(20)은 접촉점에서의 마찰 현상을 관찰하기 위하여 임의의 각도로 기울어진 상태이다.FIG. 3 is an example of a contact state between the pin 45 installed in the cell and the specimen 20 placed on the disk 90. The pin 45 is fixed to the end of the rotation bar 46 by the pin fixing hole 44 and the specimen 20 attached to the disk 90 is inclined at an angle to observe the friction phenomenon at the contact point. It's in a gin.

이러한 경우 앞서 설명한 바와 같이 핀 고정부(40)가 임의의 X, Y, Z방향으로의 이동이 가능하며 그와 동시에 핀 고정부(46)의 회전바(46)와 브라켓트(42)가 베어링으로 연결되어 있으므로 회전바(46) 역시 디스크(90)의 회전 각도 만큼 회전 가능하기 때문에 시편(20)과 핀(45)은 항상 90°를 유지할 수 있으며 정확한 마찰력의 측정이 가능한 것이다.In this case, as described above, the pin fixing portion 40 may move in any X, Y, and Z directions, and at the same time, the rotation bar 46 and the bracket 42 of the pin fixing portion 46 may move to the bearing. Since the rotary bar 46 is also rotatable by the rotational angle of the disk 90, the specimen 20 and the pin 45 can always maintain 90 ° and can accurately measure the friction force.

한편, 핀 고정부(40)는 셈의 내부에 장착되기 때문에 센서(47)로부터 나온 마찰력 신호를 진공 상태의 셈 내부로부터 대기압 상태로 연결시키는데 있어서 연결 부위에서 셈(60) 내부의 진공 상태를 유지하도록 하는 것이 중요한데 본 발명 장치에서는 신호출력부(50)를 실리콘으로 실링을 하여 진공이 유지되도록 하였다.On the other hand, since the pin holder 40 is mounted in the interior of the cell, in order to connect the frictional force signal from the sensor 47 to the atmospheric pressure from the interior of the vacuum cell, the vacuum inside the cell 60 is maintained at the connection site. In the present invention, the signal output unit 50 is sealed with silicon so that the vacuum is maintained.

마찰계수는 시편(20)에 작용하는 수직방향의 힘에 따른 접선 방향의 힘을 나타내기 때문에 수직방향의 힘이 시편(20)에 작용하지 않는다면 접선방향의 마찰력이 작용하지 않게 된다. 본 발명에서는 수직방향의 하중을 가하기 위해 무게추(dead weight) 방식을 사용하고 있다.Since the friction coefficient represents the tangential force according to the vertical force acting on the test piece 20, the tangential friction force does not work unless the vertical force acts on the test piece 20. In the present invention, a dead weight method is used to apply a vertical load.

첨부도면 도 3에 보이는 시편(20)에 대한 수직 방향의 힘은 핀(45)에 가해지는 무게추(dead weight)로부터 발생하는 힘이며 접선 방향의 힘은 수직 방향의 힘에 대한 마찰 계수의 비에 의해 결정되는 마찰력이다.The vertical force on the specimen 20 shown in FIG. 3 is the force resulting from the dead weight applied to the pin 45 and the tangential force is the ratio of the friction coefficient to the vertical force. The frictional force determined by

핀 고정부(40)의 회전바(46)에 부착된 센서(47)에 의해서 측정되는 힘은 바로 접촉점에서 시편(20)의 접선방향으로 나타나는 마찰력으로 수직방향의 힘은 무게추(46a)에 의하여 일정한 크기를 갖는데 비해 접선방향의 마찰력은 물질에 따라, 회전 속도에 따라, 표면상태 등에 따라 달라지기 때문에 센서(47)를 통해 검출된 마찰력은 신호출력부(50)를 거쳐 셈(60) 외부의 컴퓨터로 연결되어 분석되는 것이다.The force measured by the sensor 47 attached to the rotation bar 46 of the pin fixing part 40 is the friction force that appears in the tangential direction of the specimen 20 at the contact point, and the vertical force is applied to the weight 46a. While the frictional force in the tangential direction varies depending on the material, the rotational speed, and the surface state, etc., the frictional force detected by the sensor 47 passes through the signal output unit 50 to the outside of the cell 60. Will be connected to your computer and analyzed.

첨부도면 도 4에서는 본 발명 장치에 있어서, 디스크(90)가 30°로 기울어진 상태에서 핀 고정부(40)의 회전바(46) 위에 중량이 10g 이하의 다양한 무게추(46a)를 올려 놓았을 경우에 시편(20)에 작용하는 수직방향의 힘에 대한 측정결과를 도시한 것이다. 수직방향의 힘의 측정은 직접적인 측정이 불가능하기 때문에 수직방향의 힘의 중력 방향 성분을 마이크로 저울을 사용하여 측정하였다.In the accompanying drawings, in the apparatus of the present invention, various weights 46a having a weight of 10g or less are placed on the rotation bar 46 of the pin fixing portion 40 while the disk 90 is inclined at 30 °. In this case it shows the measurement results for the force in the vertical direction acting on the specimen (20). Since the vertical force cannot be measured directly, the gravity component of the vertical force is measured using a micro balance.

한편, 접선방향의 힘은 센서로부터 출력되는 전압의 값이 컴퓨터로 입력되어 힘의 값으로 변환되기 때문에 출력되는 전압과 힘의 크기의 비가 일정하게 나타나야 한다. 첨부도면 도 5는 전압과 힘의 크기와의 상관관계가 약 2.1092 의 크기의 비로 일정한 것을 나타내고 있다.On the other hand, in the tangential force, since the value of the voltage output from the sensor is input to the computer and converted into a force value, the ratio of the output voltage and the magnitude of the force should be constant. 5 shows that the correlation between the voltage and the magnitude of the force is constant at a ratio of about 2.1092 magnitudes.

상기 첨부도면 도 4 및 도 5에서 보이는 두 개의 측정 결과로부터 무게추(dead weight) 하중을 가하는 방식과 부착된 센서의 성능이 신뢰성이 있음을 알 수 있다.From the two measurement results shown in FIGS. 4 and 5, it can be seen that the method of applying a dead weight load and the performance of the attached sensor are reliable.

한편, 수직·접선방향의 힘의 측정 결과를 토대로 하여 아래의 조건에서 실제 실험을 행하였다.On the other hand, the actual experiment was performed on the following conditions based on the measurement result of the vertical and tangential force.

실험 조건 :Experimental conditions:

시편재질 dead weight 디스크속도 다이아몬드 구리 2.04g 0.3RPM(200m/s) 결과 : 핀 고정부의 센서로부터 신호 출력부를 거쳐 컴퓨터로 입력된 수직, 접선 방향의 힘이 계산을 통해서 마찰 계수로서 나타나게 되며 데이터 처리를 통해 마찰계수를 시간의 변화에 따라 초기의 회전 부분에서는 마찰계수의 값이 1 근방의 값을 보이고 있으나 회전이 멈추어진 40 초 이후에는 그 보다 낮은 값으로 유지됨을 볼 수 있다. Specimen Material dead weight Disk speed Diamond Copper 2.04 g 0.3 RPM (200 m / s) Result: The vertical and tangential forces input to the computer from the sensor of the pinned part through the signal output part appear as friction coefficients through calculations. The value of is shown to be around 1, but it remains lower after 40 seconds when the rotation stops.

상기에서와 같이 검출된 측정신호는 신호출력부(50)를 통해 데이터 출력(72)부로 보내지게 되고, 접촉점에서 일어나는 마찰 마멸의 현상은 영상출력(71)부를 통과하여 측정자에게 마찰 마멸 현상에서 나타나는 다양한 정보를 제공한다.The measurement signal detected as described above is sent to the data output unit 72 through the signal output unit 50, and the phenomenon of friction wear occurring at the contact point passes through the image output unit 71 and appears to the measurer in friction wear phenomenon. Provide a variety of information.

이와 같은 본 발명의 주사전자현미경내에서의 마찰 마멸 실험 및 가시화를 구현한 마이크로 트리보 테스터는 셈 내부의 스테이징 핀 고정부를 부착하고 디스크의 저속 회전이 가능한 디스크 회전수단을 설치하여, 시편의 위치에 관계없이 시편과 핀이 수직을 유지하며, 핀과 시편의 접촉점에서 발생하는 마찰 마멸 현상의 실시간으로 관찰할 수 있으며, 정확한 마찰 계수의 측정이 가능한 효과가 있다.The micro tribo tester embodying the friction wear test and visualization in the scanning electron microscope according to the present invention is equipped with a staging pin fixing part inside the cell and a disk rotating means capable of rotating the disk at a low speed. Regardless of the test specimen, the specimen and the pin remain vertical, and the friction wear phenomenon occurring at the contact point between the pin and the specimen can be observed in real time, and accurate friction coefficient can be measured.

Claims (5)

시편을 설치하는 디스크가 설치된 핀 온 디스크장치와 시편의 상태를 검출하는 신호출력장치로 이루어진 셈과; 상기 신호출력장치와 연결되어 검출된 신호를 숫자로 출력하는 데이터출력장치로 이루어진 주사전자현미경내에서의 마찰 마멸 실험 및 가시화를 구현한 마이크로 트리보 테스터에 있어서,A pin-on disk device with a disk on which the specimen is installed and a signal output device for detecting the state of the specimen; In the micro tribo tester embodying the friction wear experiment and visualization in a scanning electron microscope consisting of a data output device connected to the signal output device for outputting the detected signal numerically, 상기 디스크(90)를 저속으로 회전시키는 디스크회전수단(10)과;Disk rotating means (10) for rotating the disk (90) at low speed; 상기 디스크회전수단(10)의 상부에 설치된 시편(20)과 접촉하는 핀(45)을 고정하면서 스테이지가 삽착되는 스테이지고정부(41)를 형성하여 셈(60)의 내부에 설치되는 핀 고정부(40)와;A pin fixing part installed inside the saw 60 by forming a stage fixing part 41 into which the stage is inserted while fixing the pin 45 in contact with the specimen 20 installed on the disk rotating means 10. 40; 상기 신호출력장치에 의해 검출된 신호를 영상과 데이터로 출력하는 디스플레이수단(70)을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 주사전자현미경내에서의 마찰 마멸 실험 및 가시화를 구현한 마이크로 트리보 테스터.A micro tribo tester embodying friction wear experiments and visualization in a scanning electron microscope, characterized in that it comprises a display means for outputting the signal detected by the signal output device as an image and data. 제 1 항에 있어서, 상기 핀 고정부(40)는 스테이지 위에 고정된 스테이지 고정부(41)와, 상기 스테이지 고정부의 선단을 이루면서 회전바를 지지하는 브라켓트(42)와, 상기 브라켓트(42) 사이에 고정되고 핀 고정홀(44)이 구비된 회전바(46)와, 상기 회전바(46)의 일단에 결합되는 무게추(46a)와, 상기 핀과 시편의 접촉을 검출하는 센서(47)로 이루어진 것을 특징으로 하는 주사전자현미경내에서의 마찰 마멸 실험 및 가시화를 구현한 마이크로 트리보 테스터.According to claim 1, wherein the pin fixing portion 40 is a stage fixing portion 41 fixed on the stage, the bracket 42 for supporting the rotating bar while forming the tip of the stage fixing portion, and the bracket 42 between A rotary bar 46 fixed to the pin 46 and having a pin fixing hole 44, a weight 46a coupled to one end of the rotary bar 46, and a sensor 47 for detecting contact between the pin and the specimen. Micro tribo tester embodying the friction wear experiment and visualization in a scanning electron microscope, characterized in that consisting of. 제 1 항에 있어서, 공간상에서 3자유도를 갖는 상기 디스크(90) 위의 시편(20)에 대하여 접선 방향의 마찰력을 측정할 수 있는 주사전자현미경내에서의 마찰 마멸 실험 및 가시화를 구현한 마이크로 트리보 테스터.The microtree of claim 1, wherein the frictional wear experiment and visualization in a scanning electron microscope capable of measuring a tangential frictional force with respect to the specimen 20 on the disk 90 having a three degree of freedom in space is realized. Bo tester. 제 1 항에 있어서, 상기 디스크회전수단(10)은 워엄기어와 평기어로 구성되어 있으며 감속비는 약 60 : 1, 회전 속도는 0.01RPM으로 저속회전하는 기어박스로 이루어진 것을 특징으로 하는 주사전자현미경내에서의 마찰 마멸 실험 및 가시화를 구현한 마이크로 트리보 테스터.The scanning electron microscope according to claim 1, wherein the disk rotating means (10) is composed of a worm gear and a spur gear, and a reduction gear ratio of about 60: 1 and a rotation speed of 0.01 RPM. Micro tribo tester with friction wear test and visualization 제 1 항에 있어서, 상기 고정된 핀(45)의 각도 및 운동하는 시편(20)의 각도를 단독으로 또는 함께 조절하여 접촉각을 자유롭게 변화시킬 수 있는 주사전자현미경내에서의 마찰 마멸 실험 및 가시화를 구현한 마이크로 트리보 테스터.The frictional wear experiment and visualization in a scanning electron microscope which can freely change the contact angle by adjusting the angle of the fixed pin 45 and the angle of the moving specimen 20 alone or together. Implemented micro tribo tester.
KR10-2000-0036913A 2000-06-30 2000-06-30 Micro-tribo tester in situation in scanning electron microscopy KR100384701B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2000-0036913A KR100384701B1 (en) 2000-06-30 2000-06-30 Micro-tribo tester in situation in scanning electron microscopy

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2000-0036913A KR100384701B1 (en) 2000-06-30 2000-06-30 Micro-tribo tester in situation in scanning electron microscopy

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20020002674A KR20020002674A (en) 2002-01-10
KR100384701B1 true KR100384701B1 (en) 2003-05-22

Family

ID=19675211

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR10-2000-0036913A KR100384701B1 (en) 2000-06-30 2000-06-30 Micro-tribo tester in situation in scanning electron microscopy

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100384701B1 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100457867B1 (en) * 2002-05-23 2004-11-18 학교법인연세대학교 Friction Tester for The Measurement of Organs and Artifact
CN107934531B (en) * 2017-12-25 2024-04-16 福建上源生物科学技术有限公司 Automatic nematode selecting device

Also Published As

Publication number Publication date
KR20020002674A (en) 2002-01-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7705324B2 (en) Sample holder
CN109632458A (en) Binding test device and method
EP1817557A2 (en) Apparatus and method of detecting probe tip contact with a surface
KR100990592B1 (en) Diffractometer and method for diffraction analysis
KR100384701B1 (en) Micro-tribo tester in situation in scanning electron microscopy
Bircher et al. A geometry measurement system for a dimensional cone-beam CT
US6927399B2 (en) Devices and methods for detecting the position of a beam
JP5655531B2 (en) Friction and wear test equipment
RU2147737C1 (en) Gear for test of materials
JP6177615B2 (en) Lubricating oil property analyzing method and analyzing apparatus
EP1055901B1 (en) Scanning Probe Microscope
JP7198291B2 (en) Ion beam analysis equipment based on Mev
US3005098A (en) X-ray emission analysis
JPS62245131A (en) Scratch testing machine
Zhang et al. Dual tunneling-unit scanning tunneling microscope for length measurement based on crystalline lattice
US4661968A (en) Beam exposure apparatus comprising a diaphragm drive for an object carrier
Li et al. Laser scanning system testing—Errors and improvements
JP6316453B2 (en) Charged particle beam apparatus and observation method using charged particle beam apparatus
Qiu et al. An instrument to measure the stiffness of MEMS mechanisms
CN102564654A (en) Laser force-measuring system used in scanning electron microscope
JP3774558B2 (en) Sample equipment in charged particle beam equipment
Scherge et al. Microscale test equipment
Walraven Tools and techniques for failure analysis and qualification of MEMS
SU1594382A1 (en) Method of determining distribution of sizes of particles in gas-dust jet
KR960011065B1 (en) Scanning electron microscope for visualization of wet sample

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
AMND Amendment
E902 Notification of reason for refusal
N231 Notification of change of applicant
AMND Amendment
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
AMND Amendment
J201 Request for trial against refusal decision
B701 Decision to grant
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20090508

Year of fee payment: 7

LAPS Lapse due to unpaid annual fee