RU2515731C2 - Scanning probe microscope for investigation of bulk objects - Google Patents
Scanning probe microscope for investigation of bulk objects Download PDFInfo
- Publication number
- RU2515731C2 RU2515731C2 RU2010126742/28A RU2010126742A RU2515731C2 RU 2515731 C2 RU2515731 C2 RU 2515731C2 RU 2010126742/28 A RU2010126742/28 A RU 2010126742/28A RU 2010126742 A RU2010126742 A RU 2010126742A RU 2515731 C2 RU2515731 C2 RU 2515731C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- measuring head
- coordinate table
- housing
- probe
- platform
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)
- A Measuring Device Byusing Mechanical Method (AREA)
Abstract
Description
Устройство предназначено для проведения зондовых измерений на объектах, имеющих сложную форму, например на трубах в нефтяной и атомной отраслях промышленности.The device is intended for conducting probe measurements at objects having a complex shape, for example, on pipes in the oil and nuclear industries.
Известен сканирующий зондовый микроскоп (СЗМ), включающий измерительную головку с пьезосканером и зондом, сопряженными с блоком анализа и управления, а также модуль сближения, содержащий три опорные стойки, одна из которых выполнена подвижной и соединена с приводом [1].Known scanning probe microscope (SPM), including a measuring head with a piezoscanner and a probe associated with the analysis and control unit, as well as the proximity module containing three support posts, one of which is movable and connected to the drive [1].
Недостаток этого устройства заключается в том, что его сложно использовать для исследования объектов сложных форм и размеров в широком их диапазоне.The disadvantage of this device is that it is difficult to use to study objects of complex shapes and sizes in a wide range.
Это устройство выбрано в качестве прототипа предложенного решения.This device is selected as a prototype of the proposed solution.
Технический результат изобретения заключается в расширении функциональных возможностей устройства.The technical result of the invention is to expand the functionality of the device.
Указанный технический результат достигается тем, что в сканирующий зондовый микроскоп для исследования крупногабаритных объектов, включающий измерительную головку с пьезосканером и зондом, сопряженными с блоком анализа и управления, а также модуль сближения, три опорные стойки, установленные на измерительной головке, и привод измерительной головки, включенный в модуль сближения, введена платформа, на которой установлен двухкоординатный стол, сопряженный с корпусом, установленным на нем с возможностью вращения, на котором установлен модуль сближения, в котором закреплена измерительная головка с пьезосканером и зондом, при этом измерительная головка содержит две пружинные опоры, а платформа снабжена модулем крепления к объекту.The specified technical result is achieved by the fact that in a scanning probe microscope for the study of large-sized objects, including a measuring head with a piezoscanner and a probe coupled to the analysis and control unit, as well as the proximity module, three support posts mounted on the measuring head, and the drive of the measuring head, included in the rapprochement module, a platform has been introduced on which a two-coordinate table is installed, paired with a housing mounted on it with the possibility of rotation, on which m the proximity module, in which the measuring head is fixed with a piezoscanner and a probe, while the measuring head contains two spring supports, and the platform is equipped with an attachment module to the object.
Существует вариант, в котором корпус сопряжен с двухкоординатным столом посредством стойки, закрепленной на двухкоординатном столе, и двух цилиндрических направляющих.There is an option in which the housing is interfaced with a two-coordinate table by means of a stand fixed on a two-coordinate table and two cylindrical guides.
Существует также вариант, в котором корпус сопряжен с возвратным механизмом, который выполнен в виде кронштейна с двумя пружинными упорами, расположенными с возможностью сопряжения с корпусом, при этом возвратный механизм закреплен на двухкоординатном столе.There is also an option in which the housing is interfaced with a return mechanism, which is made in the form of a bracket with two spring stops arranged to interface with the housing, while the return mechanism is mounted on a two-coordinate table.
Существует также вариант, в котором двухкоординатный стол выполнен в виде первой и второй кареток, сопряженных соответственно с первым и вторым приводами, а модуль сближения выполнен в виде третьей каретки, установленной подвижно относительно корпуса и сопряженной с приводом измерительной головки.There is also an option in which the two-coordinate table is made in the form of the first and second carriages, interfaced with the first and second drives, respectively, and the proximity module is made in the form of a third carriage mounted movably relative to the housing and coupled to the measuring head drive.
Существует также вариант, в котором двухкоординатный стол содержит датчики перемещения.There is also an option in which the two-coordinate table contains displacement sensors.
На фиг.1 изображена компоновочная схема предложенного устройства - вид сбоку.Figure 1 shows the layout diagram of the proposed device is a side view.
На фиг.2 изображена компоновочная схема предложенного устройства - вид снизу.Figure 2 shows the layout diagram of the proposed device is a bottom view.
Сканирующий зондовый микроскоп для исследования крупногабаритных объектов содержит платформу 1 (фиг.1, фиг.2) с упорами 2 и модулями крепления 3 для фиксации ее на объекте 4. В качестве упоров 2 могут использоваться металлические шарики, неподвижно закрепленные в платформе 1, или винты со сферическими шляпками, имеющими возможность изменения высоты выступания из платформы 1 с последующей фиксацией их клеем или гайками (не показано). В качестве модулей крепления 3 можно использовать: для магнитных объектов - электромагниты, для труб - скобы или ременные захваты, охватывающие трубы, для плоских, немагнитных и гладких объектов - вакуумные захваты. На платформе 1 установлен двухкоординатный стол 5, сопряженный с первым и вторым (второй не показан) приводами (первым и вторым шаговыми двигателями) 6 (см., например, [2]). Двухкоординатный стол 5 показан условно, он может содержать первую и вторую каретки, установленные друг на друге посредством направляющих, при этом каждая каретка сопряжена со своим шаговым двигателем 6 (не показаны). При использовании шагового двигателя вращения на его валу может быть закреплен винт, сопряженный с гайкой, установленной на каретке (не показано). В качестве направляющих можно использовать V-образные направляющие, описанные в [3]. Следует заметить, что стол 5 может быть выполнен в виде одной каретки (как показано на фиг.1), сопряженной с первым (X) и вторым (Y) шаговыми двигателями 6 (второй по координате Y не показан), закрепленными на платформе 1. При этом двигатели 6 могут содержать возвратные механизмы и системы кинематической развязки (не показаны). Возвратные механизмы и системы кинематической развязки см. в [4]. В этом случае в двухкоординатном столе 5 могут быть закреплены три твердых (сталь ШХ 15) шарика, находящиеся во взаимодействии с тремя поликоровыми вставками, установленными в платформе 1 (не показано). Двухкоординатный стол 5 (или его каретки) могут содержать датчики перемещения, состоящие из активных элементов 7 и пассивных координатных элементов 8. В качестве этих датчиков можно использовать изделия, описанные в [5]. На платформе 1 закреплена стойка 9, в которой посредством подшипников 10 и цилиндрических направляющих 11 установлен корпус 12 с возможностью вращения относительно стойки 9. Корпус 12 может быть сопряжен с возвратным механизмом 13, состоящим из кронштейна 14 и двух пружинных упоров 15 с пружинами 16, опирающимися на поверхность корпуса 12 с двух сторон симметрично от направляющей 11 (на фиг.1 второй упор 15 не показан). Механизм 13 может быть закреплен как на стойке 9 (фиг.1), так и на двухкоординатном столе 5 (не показано). Возвратный механизм 13 может также иметь другое исполнение. Вместо упоров 15 могут использоваться магниты, сопряженные одноименными полюсами с такими же магнитами, закрепленными на корпусе 12 (не показано). Это могут быть пружины, закрепленные на корпусе 12 и сопряженные со стойкой 9 (не показано) и т.п. На корпусе 12 расположена третья каретка 17, сопряженная с приводом измерительной головки (третьим шаговым двигателем) 18. Элементы 17 и 18 представляют собой модуль сближения. Каретка 17 может содержать также направляющие (не показаны), описанные в [3]. В корпусе 12 установлена измерительная головка 19 с пьезосканером 20 и зондом 21. В качестве такой головки может быть использовано устройство с системой автоматического слежения за кантилевером, описанное в [6]. Дополнительно головка 19 может содержать шаровые опоры (опорные стойки) 22, сопряженные с V-образными ориентаторами 23, закрепленными на каретке 17, а также пружинные опоры 24 с пружинами 25, установленные во втулках 26. Следует заметить, что пружины 25 должны быть примерно на порядок более жесткими, чем пружины 16. Пружины 16 необходимы только для сохранения положения корпуса 12 в отсутствие объекта 4 и не должны мешать работе пружин 25. Опоры 24 могут быть изготовлены из капролона, фторопласта, содержать шарики, установленные в них с возможностью вращения или фторопластовые вкладыши (не показаны) в металлических основах. Измерительная головка 19 может быть закреплена на каретке 17 посредством крепежных элементов 27. Это могут быть винты, скобы и т.п. (показаны условно). Измерительная головка 19 соединена с блоком анализа и управления 30. С блоком 30 могут также быть соединены шаговые двигатели 6 и 18, активные элементы 7 датчиков перемещения, а также захваты 3, в случае их выполнения в виде электромагнитов. Устройство также снабжено видеокамерой 31, позволяющей наблюдать за зоной измерения (показано условно), которая может быть подключена к блоку 30.A scanning probe microscope for examining large-sized objects contains a platform 1 (Fig. 1, Fig. 2) with stops 2 and
Устройство работает следующим образом. Закрепляют платформу 1, используя упоры 2 и модули крепления 3, например, на трубе (объекте) 4 с характерным диаметром в нефтяной и атомной отраслях промышленности от 150 мм. Посредством каретки 17 и привода 18 производят сближение зонда 21 и объекта 4 по координате Z. На первом этапе сближения пружинные опоры 24 вступают во взаимодействие с объектом 4 и ориентируют каретку 17 посредством цилиндрических направляющих 11 таким образом, что ось пьезосканера 20 0-0 сохраняет перпендикулярность цилиндрической поверхности объекта 4 (то есть является продолжением ее радиуса), даже если труба 4 имеет неидеальную форму и упоры 2 расположены на участке большего диаметра. При этом также осуществляется кинематическое замыкание головки 19 на объект 4, что увеличивает жесткость системы зонд 21 - объект 4. После достижения зондом 21 рабочего зазора производят сканирование поверхности объекта 4 в плоскости X,Y и его исследование. Подробно работу СЗМ см. в [7]. Далее, используя двухкоординатный стол 5, перемещают измерительную головку 19 на новое место измерения, где исследования продолжаются. Перемещение может проводиться при зазоре зонд 21 - объект 4 в 1-2 мм, при этом опоры 24 могут не терять контакта с поверхностью объекта 4, а скользить по нему.The device operates as follows. The
Совокупность отличительных признаков, заключающаяся в том, что в устройство введена платформа, на которой установлен двухкоординатный стол, сопряженный с корпусом, установленным на нем с возможностью вращения, на котором установлен модуль сближения, в котором закреплена измерительная головка с пьезосканером и зондом, при этом измерительная головка содержит две пружинные опоры, а платформа - модули крепления к объекту - расширяют функциональные возможности устройства.The combination of distinctive features, which consists in the fact that a platform is installed on the device on which a two-coordinate table is mounted, paired with a housing mounted on it with the possibility of rotation, on which the proximity module is mounted, in which the measuring head with the piezoscanner and the probe is fixed, while the measuring the head contains two spring supports, and the platform - modules for attaching to the object - expand the functionality of the device.
Введение в измерительную головку двух пружинных опор дополнительно повышает жесткость системы зонд - образец, что повышает точность измерения и соответственно расширяет возможный круг исследуемых объектов.The introduction of two spring supports into the measuring head additionally increases the stiffness of the probe-sample system, which increases the measurement accuracy and, accordingly, expands the possible range of objects under study.
Сопряжение корпуса с двухкоординатным столом посредством стойки и двух цилиндрических направляющих обеспечивает работоспособность устройства на поверхностях сложной формы.Pairing the housing with a two-coordinate table by means of a stand and two cylindrical guides ensures the operability of the device on surfaces of complex shape.
Введение возвратного механизма обеспечивает стабильное положение измерительной головки между установками ее на объект.The introduction of the return mechanism ensures a stable position of the measuring head between its installations on the object.
Выполнение двухкоординатного привода в виде первой и второй кареток позволяет при однотипных измерениях (вдоль трубы или поперек) использовать только один привод и одну каретку, что увеличивает ресурс работы устройства.The implementation of the two-axis drive in the form of the first and second carriages allows for the same measurements (along the pipe or across) to use only one drive and one carriage, which increases the life of the device.
Выполнение модуля сближения в виде третьей каретки обеспечивает осевой подвод зонда к объекту, что улучшает работоспособность устройства на поверхностях сложной формы.The implementation of the proximity module in the form of a third carriage provides an axial approach of the probe to the object, which improves the operability of the device on surfaces of complex shape.
Датчики перемещения двухкоординатного стола обеспечивают состыковку изображений, полученных измерительной головкой, что расширяет функциональные возможности устройства.The displacement sensors of the two-coordinate table provide matching images received by the measuring head, which extends the functionality of the device.
ЛИТЕРАТУРАLITERATURE
1. Солвер - Смена, www.ntmdt.com. 1. Solver - Change, www.ntmdt.com.
2. AMD 1220-V12-09. Каталог Фимы «Faulhaber».2. AMD 1220-V12-09. Fima's catalog of Faulhaber.
3. SVS 1050-13Z. Каталог фирмы «Nippon bearing Co.».3. SVS 1050-13Z. Catalog of the company "Nippon bearing Co.".
4. Патент RU2255321.22.06.2005.4. Patent RU2255321.22.06.2005.
5. RGH25F. Каталог фирмы «RENISHAW».5. RGH25F. Catalog of the company "RENISHAW".
6. Патент RU2227333. 20.04.2004.6. Patent RU2227333. 04/20/2004.
7. Зондовая микроскопия для биологии и медицины. В.А.Быков и др. Сенсорные системы, Т. 12, 1998. №1. с.99-121.7. Probe microscopy for biology and medicine. V.A. Bykov et al. Sensory systems, T. 12, 1998. No. 1. p. 99-121.
Claims (7)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010126742/28A RU2515731C2 (en) | 2010-07-01 | 2010-07-01 | Scanning probe microscope for investigation of bulk objects |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010126742/28A RU2515731C2 (en) | 2010-07-01 | 2010-07-01 | Scanning probe microscope for investigation of bulk objects |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2010126742A RU2010126742A (en) | 2012-01-10 |
RU2515731C2 true RU2515731C2 (en) | 2014-05-20 |
Family
ID=45783340
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2010126742/28A RU2515731C2 (en) | 2010-07-01 | 2010-07-01 | Scanning probe microscope for investigation of bulk objects |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2515731C2 (en) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5945671A (en) * | 1996-02-13 | 1999-08-31 | Seiko Instruments Inc. | Scanning probe microscope and micro-area processing machine both having micro-positioning mechanism |
RU2159454C1 (en) * | 1999-04-22 | 2000-11-20 | Зао "Нт-Мдт" | Scanning sounding microscope |
RU2160884C1 (en) * | 2000-05-15 | 2000-12-20 | Общество с ограниченной ответственностью "ВЕСТТРЭЙД Лтд." | Displacement, alignment and positioning gear |
-
2010
- 2010-07-01 RU RU2010126742/28A patent/RU2515731C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5945671A (en) * | 1996-02-13 | 1999-08-31 | Seiko Instruments Inc. | Scanning probe microscope and micro-area processing machine both having micro-positioning mechanism |
RU2159454C1 (en) * | 1999-04-22 | 2000-11-20 | Зао "Нт-Мдт" | Scanning sounding microscope |
RU2160884C1 (en) * | 2000-05-15 | 2000-12-20 | Общество с ограниченной ответственностью "ВЕСТТРЭЙД Лтд." | Displacement, alignment and positioning gear |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2010126742A (en) | 2012-01-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10495455B2 (en) | Measuring machine based on a delta robot assembly | |
US9038282B2 (en) | Interchangeable task module counterweight | |
CN104105941B (en) | Coordinate measuring machine with restrained counterweight | |
JP2546937B2 (en) | Electronic device test system with cable pivot | |
CN108780122B (en) | For the modular track system of the device under test, rail system, mechanism and equipment | |
CN101216390A (en) | Micro-element dynamic performance off-chip tensile test experimental bench | |
US20060120819A1 (en) | Three-axis micro-and meso-scale machining apparatus | |
US20220316851A1 (en) | Metrology system | |
US6888920B2 (en) | Low-cost, high precision goniometric stage for x-ray diffractography | |
KR20190022318A (en) | Gantry type positioning apparatus | |
RU2515731C2 (en) | Scanning probe microscope for investigation of bulk objects | |
US20110164316A1 (en) | Positioning system | |
CN105403716A (en) | Fixing device cooperating on micro-fluidic chip observation and micro-fluidic chip observation system | |
US20180231759A1 (en) | Microscope having an objective-exchanging device | |
Shinno et al. | A newly developed three-dimensional profile scanner with nanometer spatial resolution | |
CN112082851A (en) | Multi-degree-of-freedom macro-micro driving platform for testing mechanical property of irregular surface of cartilage | |
CN111965243B (en) | Magnetic field dynamic loading control device for experimental test of magnetic deformation material | |
CN202362185U (en) | Full-automatic sample injection processing platform with two-dimensional or three-dimensional motion function | |
US7520187B2 (en) | Breakaway/crash detection system for use with a fixture on a coordinate measurement machine | |
CN108896478A (en) | Multi-functional finger friction test equipment | |
JP3889181B2 (en) | Moving stage device | |
CN220751944U (en) | Linear motion platform and microscope detection device | |
Hofmann et al. | The cryogenic MOS unit for LUCIFER | |
RU2254640C1 (en) | Coordinate table | |
JPH073283Y2 (en) | CMM |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20150702 |