掃描隧道納米級精度測量儀的製作方法
2023-09-21 12:40:15
專利名稱:掃描隧道納米級精度測量儀的製作方法
技術領域：
本發明涉及超精密的測量工具，尤其涉及一種掃描隧道納米級精度測量儀，可用於測量物體的長、寬、高、孔的深度、管的內徑、軸的外徑等，其精度可達納米級。
背景技術：
超精密加工技術直接影響著一個國家的尖端技術與國防工業的發展。超精密測量技術是實現超精密加工的基礎和先決條件之一。目前用於超精密測量的主要工具是雷射幹涉儀，該測量儀的精度雖然也是很高但卻很難達到納米級，並且使用極不方便，每次測量都需要對其相關部件進行細心的調整，使得超精密測量工作變得費時費力。
發明內容
本發明的目的是提供一種納米級的超精密測量工具，能方便準確地測量物體的長、寬、高、軸的外徑、管的內徑、孔的深度等。本發明的每次使用分宏觀測量和微觀測量兩步，將兩步的測量值相加就為其測量結果。宏觀測量的最小刻度是能夠用眼睛清晰識別的毫米或比毫米適當大的單位；微觀測量的最小刻度為被掃描原子的單個原子直徑。微觀測量的原理是使用掃描隧道顯微鏡來掃描有序原子板(12)上整齊均勻排列的原子，再用計算機(15)通過識別掃描隧道過程中產生的電流脈衝數來記錄被掃描原子的個數，並將此數與該原子的直徑相乘就得出此次微觀測量的結果，最後再通過計算機的顯示屏將該測量結果顯示出來。本發明測量精度高，可達納米級，操作方便，安全可靠。
製造有序原子板(12)的材料能夠導電且其原子排列均勻有序，被探針(11)掃描的表面經過超精密加工的相關技術處理使其平整光滑，表面上如果還有個別排列雜亂的原子，還需要使用掃描隧道顯微鏡對其進行重新排列或遷移。探針(11)的工作端的直徑非常小，小到只有幾個原子甚至一個原子的大小。本發明掃描隧道納米級精度測量儀上的精密尺(I)、深度尺(2)、 內外徑尺(3)與卡尺(4)之間依次地相互鑲嵌在一起，使用時它們相互間只能夠平行地左右兩個方向來回地移動。用於微觀測量的外徑指針(5)、內經指針(6)、深度指針(7)和探針(11)均處在精密尺(I)上，並隨精密尺(I)的移動而移動。精密尺
(I)與探針(11)之間有絕緣體(10)，使得精密尺(I)、深度尺(2)、內外徑尺(3)和卡尺(4)上面不帶電。所述的外徑卡(8)、內徑卡(9)均有一對。左邊的外徑卡(8)和左邊的內徑卡(9)均固定在內外徑尺(3)上；右邊的外徑卡⑶和右邊的內徑卡(9)均固定在卡尺(4)上，它們可隨卡尺(4)的移動而移動。
圖1是本發明掃描隧道納米級精度測量儀進行宏觀測量已完畢，準備進行微觀測量時的結構示意圖。為了減少製圖的數量，此處將三種宏觀測量完畢時的狀態均畫在了一幅圖上，即外徑指針(5)、內經指針(6)、深度指針(7)均指在宏觀測量後的最小刻度上。
圖2是本發明對管的內徑進行微觀測量剛好完成時的結構示意圖。[0007]圖3是對軸的外徑或對物體的長、寬、高進行微觀測量剛好完成時的結構示意圖。
圖4是對孔的深度進行微觀測量剛好完成時的結構示意圖。
具體實施方式
本發明掃描隧道納米級精度測量儀的結構如圖1所示，主要由精密尺(I)、深度尺
(2)、內外徑尺(3)、卡尺(4)、外徑指針(5)、內經指針(6)、深度指針(7)、外徑卡(8)、內徑卡(9)、絕緣體(10)、探針(11)、有序原子板(12)、電源(13)、開關(14)和計算機(15)組成。使用本發明前，先將本發明掃描隧道納米級精度測量儀放置在一個防振的系統上，並將開關(14)置於斷開的狀態。
需要測量某管的內徑時，左移動卡尺(4)使兩個內徑卡(9)均伸入該管內，再右移動卡尺(4)使兩個內徑卡(9)卡緊該管的內壁。此時就完成了本發明掃描隧道納米級精度測量儀對該管內徑測量的宏 觀測量，測量值從處於內外徑尺(3)上方的刻度中讀取。對該管的內徑進行微觀測量時，先移動精密尺(I)使內經指針(6)指準內外徑尺(3)上的離右邊這個內徑卡(9)的右邊末端最近的刻度上，如圖1所示。再接通開關(14)，將精密尺(I)平緩地向右移動，直到內經指針(6)指準右邊這個內徑卡(9)右邊末端的直線段，如圖2所示。在這個過程中，計算機(15)將記錄探針(11)掃描過的原子數，並將此數與原子的直徑相乘，最後將該乘積顯示在計算機(15)的顯示屏上。該乘積就為此次微觀測量的測量值，再與前面的宏觀測量值相加就為此次測量的測量結果。
需要測量某個軸的外徑時，左右移動卡尺(4)使兩個外徑卡(8)將該軸卡緊。此時就完成了本發明掃描隧道納米級精度測量儀對該軸外徑的宏觀測量，測量值從處於內外徑尺(3)下方的刻度中讀取。對軸的外徑進行微觀測量時，先移動精密尺(I)使外徑指針
(5)指準內外徑尺(3)上離右邊這個外徑卡(8)的左邊末端最近的刻度上，如圖1所示。再接通開關(14)，將精密尺(I)平緩地向右移動，直到外徑指針(5)指準右邊這個外徑卡(8)左邊末端的直線段，如圖3所示。在這個過程中，計算機(15)將記錄探針(11)掃描過的原子數，並將此數與原子的直徑相乘，最後將該乘積顯示在計算機(15)的顯示屏上。該乘積就為此次微觀測量的測量值，再與前面的宏觀測量值相加就為此次測量的測量結果。
需要測量某個孔的深度時，左移深度尺(2)使得深度尺(2)的最左端緊貼孔的底部，再將處於深度尺(2)下面的內外徑尺(3)左移將其緊貼孔的外端。此時就完成了本發明掃描隧道納米級精度測量儀對該孔深度的宏觀測量，宏觀測量值直接從深度尺(2)上的刻度中讀取。對該孔的深度進行微觀測量時，先移動精密尺(I)使深度指針(7)指準深度尺(2)上的離內外徑尺(3)左端最近的刻度上，如圖1所示。再接通開關(14)，將精密尺
(I)平緩地向右移動，直到深度指針(7)指準緊貼孔外端的內外徑尺(3)的最左端，如圖4所示。在這個過程中，計算機(15)將記錄探針(11)掃描過的原子數，並將此數與原子的直徑相乘，最後將該乘積顯示在計算機(15)的顯示屏上。該乘積就為此次微觀測量的測量值，再與前面的宏觀測量值相加就為此次測量的測量結果。
權利要求
1.一種掃描隧道納米級精度測量儀，主要由精密尺(I)、深度尺(2)、內外徑尺(3)、卡尺⑷、外徑指針(5)、內經指針(6)、深度指針(7)、外徑卡⑶、內徑卡(9)、絕緣體(10)、探針(11)、有序原子板(12)、電源(13)、開關(14)和計算機(15)組成，其特徵是需要使用掃描隧道顯微鏡掃描原子的工作原理和計算機來記錄有序原子板(12)上被掃描的原子數。
2.根據權利要求
1所述的掃描隧道納米級精度測量儀，其特徵是:本發明的每次使用分宏觀測量和微觀測量兩步，宏觀測量的最小刻度是毫米或比毫米適當大的能用眼睛清晰識別的單位，微觀測量的最小刻度為被掃描原子的單個原子直徑，將兩步的測量值相加就為此次的測量結果。
3.根據權利要求
1或2所述的掃描隧道納米級精度測量儀，其特徵是:宏觀測量由標有刻度的深度尺(2)、內外徑尺(3)完成，其精度只能達到毫米；微觀測量時需平移精密尺(I)，此時探針(11)將掃描有序原子板(12)上整齊均勻排列的原子，同時計算機(15)將記錄被掃描原子的數目，並將該數與相應原子的直徑相乘計算出精密尺(I)所平移的尺寸，其精度可達納米。
4.根據權利要求
1或2或3所述的掃描隧道納米級精度測量儀，其特徵是:所述的精密尺⑴上有用於微觀測量的外徑指針(5)、內經指針(6)、深度指針(7)和探針(11);而精密尺(I)與探針(11)之間有絕緣體(10)，它的設計是為了讓精密尺(I)不帶電。
5.根據權利要求
1或2或3或4所述的掃描隧道納米級精度測量儀，其特徵是:所述的有序原子板(12)表面光滑·平整，上面的原子排列整齊均勻，且該材料能導電。
專利摘要
本發明涉及一種掃描隧道納米級精度測量儀，主要由精密尺(1)、深度尺(2)、內外徑尺(3)、卡尺(4)、外徑指針(5)、內經指針(6)、深度指針(7)、外徑卡(8)、內徑卡(9)、絕緣體(10)、探針(11)、有序原子板(12)、電源(13)、開關(14)和計算機(15)組成。本發明的使用分宏觀測量和微觀測量兩步，將它們的測量值相加就為測量結果。宏觀測量精度只能達到毫米。微觀測量需用探針(11)掃描有序原子板(12)上整齊均勻排列的原子，同時計算機(15)將記錄被掃描原子的數目，並將該數與相應原子的直徑相乘就得出微觀測量的結果，其精度能夠達到納米。本發明測量精度高，操作方便，安全可靠。
文檔編號G01B5/08GKCN103245801SQ201310178588
公開日2013年8月14日 申請日期2013年5月4日
發明者鄒華兵, 丘永亮 申請人:鄒華兵導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan