СПОСОБ ПОДГОТОВКИ И ИЗМЕРЕНИЯ ПОВЕРХНОСТИ КРУПНОГАБАРИТНОГО ОБЪЕКТА СКАНИРУЮЩИМ ЗОНДОВЫМ МИКРОСКОПОМ Российский патент 2013 года по МПК G01Q80/00 

Предложенный способ подготовки и измерения поверхности крупногабаритного объекта сканирующим зондовым микроскопом может быть использован для исследования, например, трубопроводов и других объектов, работающих в экстремальных условиях, например, атомных электростанций, нефте- и газоперерабатывающих заводов.

Известен способ подготовки и измерения поверхности объекта сканирующим зондовым микроскопом (СЗМ), включающий формирование гладкой поверхности механическими средствами и последующий анализ этой поверхности посредством сканирующей зондовой микроскопии. После этого проводят травление этой поверхности в низкотемпературной плазме, измерение глубины травления методом сканирующей зондовой микроскопии и доведении этой глубины до величины не менее половины ожидаемого диаметра наиболее крупных частиц. После чего производят дополнительное измерение методом сканирующей зондовой микроскопии [1]. Этот способ выбран в качестве прототипа предложенного решения.

Недостаток этого способа заключается в том, что его нельзя применить для исследования крупногабаритных объектов из-за использования низкотемпературной плазмы.

Технический результат изобретения заключается в расширении его функциональных возможностей.

Сущность изобретения заключается в том, что в способе подготовки и измерения поверхности крупногабаритного объекта сканирующим зондовым микроскопом, включающим формирование измерительной поверхности механическим способом, дополнительно формируют установочную область, на которую устанавливают сканирующий зондовый микроскоп.

Существует вариант, в котором установочную область формируют посредством ее шлифовки абразивным кругом с подачей на него ультразвуковых колебаний синусоидальной формы со срезанными вершинами.

Существует также вариант, в котором установочную область формируют посредством ее шлифовки с последующим воздействием на нее сконцентрированным потоком излучения, расплавляют ее, зону расплава подвергают затвердеванию и формируют микрорельеф.

Существует также вариант, в котором установочную область формируют посредством ее шлифовки с последующим воздействием на нее сконцентрированным потоком излучения, нагревают ее и формируют микрорельеф валками с заданной шероховатостью.

Существует также вариант, в котором установочную область формируют в виде двух зон, расположенных с двух сторон от измерительной поверхности или трех зон, расположенных вокруг измерительной поверхности.

Существует также вариант, в котором измерительную поверхность формируют путем ее шлифовки и первой полировки, после чего к установочной зоне подводят абразивный круг, формируют на нем ультразвуковые колебания и удаляют путем отсоса с измерительной поверхности продукты механической обработки.

Существует также вариант, в котором на установочную область закрепляют сканирующий зондовый микроскоп и производят первое исследование измерительной поверхности зондом.

Существует также вариант, в котором после первого исследования измерительной поверхности зондом производят ее вторую полировку, после чего к установочной зоне подводят абразивный круг, формируют на нем ультразвуковые колебания и удаляют путем отсоса с измерительной поверхности продукты механической обработки и далее производят второе, по меньшей мере, исследование измерительной поверхности зондом.

На фиг.1 изображен сканирующий зондовый микроскоп, закрепленный на крупногабаритном объекте.

Сканирующий зондовый микроскоп 1 с зондом 2 с помощью средств закрепления 3 установлен опорами 4 на крупногабаритном объекте 5. При этом зонд 2 сопряжен с измерительной поверхностью 6, а опоры 4 - с установочной областью 7.

Предложенный способ более подробно реализуется следующим образом.

В способе подготовки и измерения поверхности крупногабаритного объекта сканирующим зондовым микроскопом (СЗМ), формирование измерительной поверхности 6 осуществляют механическим способом. Предполагаемая зона измерений может иметь площадь от нескольких квадратных сантиметров и более. Эта величина необходима, чтобы попасть зондом 2 СЗМ 1 в нее без использования дополнительных измерительных средств. После этого дополнительно формируют установочную область 7, на которую опорами 4 устанавливают сканирующий зондовый микроскоп 1. Установочная область (области) 7 может иметь, например, те же размеры, что и измерительная поверхность 6. Оператор должен устанавливать в нее опоры 4 СЗМ 1 также без использования дополнительного измерительного оборудования, при этом зонд 2 СЗМ 1 должен попадать на измерительную поверхность 6. Возможен вариант, в котором измерительная поверхность 6 и установочная область 7 находятся в одной плоскости и выполняются одними и теми же средствами.

В одном из вариантов установочную область 7 формируют посредством ее шлифовки абразивным кругом с подачей на него ультразвуковых колебаний синусоидальной формы со срезанными вершинами. При этом на объекте 5 формируются микроканавки трапециидальной формы. Подробно с режимами этой обработки можно ознакомиться в [2]. В этом случае размеры установочной области 7 могут определяться размерами обрабатывающего инструмента.

Существует также вариант, в котором установочную область 7 формируют посредством ее шлифовки с последующим воздействием на нее сконцентрированным потоком излучения, расплавляют ее, зону расплава подвергают затвердеванию и формируют микрорельеф. В качестве этого излучения может использоваться лазерное излучение, а форма, размеры и расположение микроканавок выбираться в зависимости от измеряемого объекта 5. Подробно с вариантами такой обработки можно ознакомиться в [3]. В этом случае целесообразно конфигурацию установочной области 7 согласовать с расположением опор 4 СЗМ 5. Варианты их расположения см., например, в [4, 5].

Существует также вариант, в котором установочную область 7 формируют посредством ее шлифовки с последующим воздействием на нее сконцентрированным потоком излучения, нагревают ее и формируют микрорельеф валками с заданной шероховатостью. Нагрев установочной области 7 должен происходить до ее способности к пластической деформации. Отдельные элементы такого процесса описаны в [6]. В этом случае, как и в предыдущем, целесообразно конфигурацию установочной области 7 согласовать с расположением опор 4 СЗМ 1.

Если установочную область 7 формируют в виде двух зон, расположенных с двух сторон от измерительной поверхности 6 или трех зон, расположенных вокруг измерительной поверхности 6, помимо того, что эти зоны согласуют с размерами и расположением опор 4 сканирующего зондового микроскопа 1, необходимо, чтобы эти зоны располагались в одной плоскости. При этом желательно, чтобы эта плоскость совпадала с измерительной поверхностью 6. Если этого нет, то необходимо перед измерениями регулировать высоту опор 4 СЗМ 1. При этом опоры 4 по резьбе вворачивают в СЗМ 1 и закрепляют контргайками (не показано).

В отдельных случаях измерительную поверхность 6 формируют путем ее шлифовки и первой полировки, после чего к установочной зоне 7 подводят абразивный круг, формируют на нем ультразвуковые колебания и удаляют путем отсоса с измерительной поверхности 6 продукты механической обработки. При этом мощность ультразвуковых колебаний регулируют в зависимости от измеряемого объекта 5. Предварительный контроль степени удаления продуктов обработки можно проводить с помощью оптического микроскопа (не показан). В этом случае могут быть следующие варианты реализации способа. В первом варианте после формирования измерительной поверхности 6 формируют установочную область 7 абразивным кругом, потом его останавливают, подают на него ультразвуковые колебания и удаляют отсосом с измерительной поверхности 6 продукты механической обработки. Во втором варианте сначала формируют установочную область 7, далее измерительную поверхность 6, а потом подводят абразивный круг к установочной области 7, подают на него ультразвуковые колебания и удаляют отсосом с измерительной поверхности 6 продукты механической обработки. В третьем варианте одним и тем же абразивным кругом формируют установочную область 7, потом измерительную поверхность 6, а потом подводят абразивный круг к установочной области 7, подают на него ультразвуковые колебания и удаляют отсосом с измерительной поверхности 6 продукты механической обработки. В четвертом варианте одним и тем же абразивным кругом формируют измерительную поверхность 6, далее установочную область 7, а потом подводят остановленный абразивный круг к установочной области 7, подают на него ультразвуковые колебания и удаляют отсосом с измерительной поверхности 6 продукты механической обработки.

Когда после первого исследования измерительной поверхности 6 зондом 2 производят ее вторую полировку, и далее производят второе, и последующие исследования измерительной поверхности 6, то раз за разом уходят вглубь поверхности объекта 5 и получают дополнительную информацию. В этом случае целесообразно под опоры 4 сканирующего зондового микроскопа 1 делать ориентирующие, например, V-образные канавки (не показаны), чтобы при последующих измерениях зонд 2 попадал в ту же зону измерений. При этом погрешность расположения V-образных канавок должна составлять величину +/-1 мкм.

То, что в способе подготовки и измерения поверхности крупногабаритного объекта сканирующим зондовым микроскопом дополнительно формируют установочную область, на которую устанавливают сканирующий зондовый микроскоп, повышает точность измерения благодаря более жесткой и надежной его установки.

То, что установочную область формируют посредством ее шлифовки абразивным кругом с подачей на него ультразвуковых колебаний синусоидальной формы со срезанными вершинами, создает на установочной области микрорельеф. Это дополнительно повышает надежность установки на ней сканирующего зондового микроскопа.

То, что установочную область формируют посредством ее шлифовки с последующим воздействием на нее сконцентрированным потоком излучения, расплавляют ее, зону расплава подвергают затвердеванию и формируют микрорельеф, дополнительно повышает надежность установки на ней сканирующего зондового микроскопа.

То, что установочную область формируют посредством ее шлифовки с последующим воздействием на нее сконцентрированным потоком излучения, нагревают ее и формируют микрорельеф валками с заданной шероховатостью, дополнительно повышает надежность установки на ней сканирующего зондового микроскопа.

То, что установочную область формируют в виде двух зон, расположенных с двух сторон от измерительной поверхности или трех зон, расположенных вокруг измерительной поверхности, упрощает установку сканирующего зондового микроскопа и наведение его на измерительную поверхность.

То, что измерительную поверхность формируют путем ее шлифовки и первой полировки, после чего к установочной зоне подводят абразивный круг, формируют на нем ультразвуковые колебания и удаляют путем отсоса с измерительной поверхности продукты механической обработки, повышает точность измерений.

То, что производят первое исследование измерительной поверхности зондом, а после вторичной подготовки измерительной поверхности производят второе, по меньшей мере, второе ее исследование расширяет функциональные возможности способа.

Повышение надежности закрепления сканирующего зондового микроскопа расширяет функциональные возможности способа за счет его использования на более широком круге объектов.

Литература

1. Патент RU 2206882. 20.06.2003.

2. Патент RU 2339499. 27.11.2008.

3. Патент RU 2248266. 27.07.2004.

4. Патент RU 2282902. 27.08.2006.

5. Патент RU 2401983. 20.10.2010.

6. Патент RU 2196650. 20.01.2003.

Способ может быть использован для исследования, например, трубопроводов, работающих в экстремальных условиях атомных электростанций, нефте- и газоперерабатывающих заводов. Сущность изобретения заключается в том, что в способе подготовки и измерения поверхности крупногабаритного объекта сканирующим зондовым микроскопом, включающем формирование измерительной поверхности механическим способом и первое исследование измерительной поверхности, дополнительно на крупногабаритном объекте формируют установочную область, на которою устанавливают сканирующий зондовый микроскоп. Технический результат - повышение точности измерений, расширение их функциональных возможностей. 7 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ подготовки и измерения поверхности крупногабаритного объекта сканирующим зондовым микроскопом, включающий формирование измерительной поверхности механическим способом и первое исследование измерительной поверхности, отличающийся тем, что дополнительно формируют установочную область на крупногабаритном объекте, на которую устанавливают сканирующий зондовый микроскоп.

2. Способ подготовки и измерения поверхности крупногабаритного объекта сканирующим зондовым микроскопом по п.1, отличающийся тем, что установочную область формируют посредством ее шлифовки абразивным кругом с подачей на него ультразвуковых колебаний.

3. Способ подготовки и измерения поверхности крупногабаритного объекта сканирующим зондовым микроскопом по п.2, отличающийся тем, что установочную область формируют посредством подачи на абразивный круг ультразвуковых колебаний синусоидальной формы.

4. Способ подготовки и измерения поверхности крупногабаритного объекта сканирующим зондовым микроскопом по п.3, отличающийся тем, что установочную область формируют посредством подачи на абразивный круг ультразвуковых колебаний синусоидальной формы со срезанными вершинами.

5. Способ подготовки и измерения поверхности крупногабаритного объекта сканирующим зондовым микроскопом по п.1, отличающийся тем, что установочную область формируют посредством ее шлифовки с последующим воздействием на нее сконцентрированным потоком излучения, расплавляют ее, зону расплава подвергают затвердеванию и формируют микрорельеф.

6. Способ подготовки и измерения поверхности крупногабаритного объекта сканирующим зондовым микроскопом по п.1, отличающийся тем, что установочную область формируют посредством ее шлифовки с последующим воздействием на нее сконцентрированным потоком излучения, нагревают ее и формируют микрорельеф валками с заданной шероховатостью.

7. Способ подготовки и измерения поверхности крупногабаритного объекта сканирующим зондовым микроскопом по п.1, отличающийся тем, что измерительную поверхность формируют путем ее шлифовки и первой полировки, после чего к установочной зоне подводят неподвижный абразивный круг, формируют на нем ультразвуковые колебания и удаляют путем отсоса с измерительной поверхности продукты механической обработки.

8. Способ подготовки и измерения поверхности крупногабаритного объекта сканирующим зондовым микроскопом по п.7, отличающийся тем, что после первого исследования измерительной поверхности зондом производят ее вторую полировку, после чего к установочной области подводят неподвижный абразивный круг, формируют на нем ультразвуковые колебания и удаляют путем отсоса с измерительной поверхности продукты механической обработки и далее производят второе исследование измерительной поверхности зондом.