本发明专利技术提供了一种团簇离子束纳米加工设备控制装置及其控制方法，包括系统控制板、人机交互模块、过程控制模块、数据采集模块、纳米加工控制模块以及物料输送模块，所述人机交互模块、过程控制模块、数据采集模块、纳米加工控制模块以及物料输送模块分别与所述系统控制板电连接；还提供了一种团簇离子束纳米加工设备的控制方法，包括对纳米材料的参数进行设置；实时管理并以并行处理方式执行加工工序；实时检测纳米团簇粒径，满足设定条件时进行卸料。本发明专利技术提供的团簇离子束纳米加工设备控制装置及控制方法实现了纳米团簇粒径的一致性和稳定性，最大限度地减少组份偏差和物相污染，大幅度地提高了系统的动态响应性能。大幅度地提高了系统的动态响应性能。大幅度地提高了系统的动态响应性能。
【技术实现步骤摘要】
团簇离子束纳米加工设备控制装置及其控制方法
[0001]本专利技术涉及纳米材料加工领域，尤其涉及的是一种团簇离子束纳米加工设备控制装置及其控制方法。
技术介绍
[0002]纳米材料又称之为超微晶材料，其团簇粒径介于1nm至100nm之间，具有小尺寸效应、量子效应、界面效应和表面效应等独特而优异的物理性能，在陶瓷、微电子、化工、医学等领域具有广阔的应用前景。近十年来，围绕纳米材料的制备方法、性能测试和理论解释已成为各国研究的热点问题，取得了丰硕的理论研究和应用研究成果。
[0003]就纳米材料的加工技术而言，主要有机械球磨法、分子束外延法、化学气相沉积法、液相沉积法等制备方法。
[0004]机械球磨法利用研磨球、研磨罐和研磨颗粒的碰撞，改变纳米材料的粒径、形貌和比表面积，在磁性、超饱和固溶体、热电、半导体和硅酸盐等纳米材料的制备以低成本、高效益取得较好的应用成果，但普遍存在分散和污染问题，常采用超声波、机械搅拌改进物理分散，采用改性分散或分散剂分散方法以改进化学分散。但高速球磨伴随的组份偏差和物相污染，目前还未见行之有效的解决措施。
[0005]分子束外延法是一种特殊的真空镀膜工艺。在超高真空腔内，将热蒸发、气体裂解、辉光放电离子化等方法产生的原子束或分子束，投射到具有一定取向、一定温度的晶体衬底上，生成晶体薄膜材料或所需晶体结构。其工艺过程一般为衬底处理、生长控制和后续工序。调制掺杂控制晶体生长的束流强度、稳定性、浓度等参数，以保证晶体的杂质分布和一致性，主要应用于制备激光器、光纤传感器、微波器件或光电显示器件，具有无污染、组份均匀、厚度一致性好等特点，但设备造价较高，不能用于粉体纳米材料的制备(化学气相沉积法和液相沉积法亦然)。
[0006]至今为止，上述各种方法仍面临一些亟待解决的共性问题，诸如如何快速而实时地进行纳米团簇的性能测量和评价、如何保证纳米团簇的稳定性和一致性、如何有效地筛选纳米团簇中不同结构的异构体，以及准确地建立纳米团簇的动力学模型等。而且，目前纳米加工设备的系统控制器大多采用可编程序控制器(PLC)、IBM兼容计算机或工业计算机，以前后台结构、串行处理或轮询方式执行纳米加工设备的系统管理和过程控制任务，存在诸多不足：体积较大，影响纳米加工设备的总体布局；成本较高，系统软硬件资源受限，不便于功能扩展和系统更新，而且串行处理方式，降低了纳米加工设备的动态响应性能。
[0007]因此，现有技术还有待于改进和发展。
技术实现思路
[0008]本专利技术的目的在于提供一种团簇离子束纳米加工设备控制装置及其控制方法，旨在解决现有的纳米加工技术中存在的组分偏差、物相污染、无法实时进行纳米团簇的性能测量以及动态响应性能差等问题。
[0009]本专利技术所采用的技术方案为：
[0010]一种团簇离子束纳米加工设备控制装置，包括系统控制板、人机交互模块、过程控制模块、数据采集模块、纳米加工控制模块以及物料输送模块，所述人机交互模块、过程控制模块、数据采集模块、纳米加工控制模块以及物料输送模块分别与所述系统控制板电连接；所述过程控制模块用于调控加工设备的温度、压力以及空气流量等参数，包括分别与所述系统控制板电连接的压力传感器、温度传感器以及流量传感器；所述数据采集模块用于实时采集物料粒径数据，包括与系统控制板电连接的纳米团簇粒径实时检测传感器；所述纳米加工控制模块用于控制纳米加工工序；所述物料输送模块用于进料和出料管理，包括分别与所述系统控制板电连接的进料电机驱动电路、出料电机驱动电路以及位置传感器，所述物料输送模块包括离心机，所述离心机用于给力驱动进料。
[0011]所述的团簇离子束纳米加工设备控制装置，其中，所述纳米团簇粒径实时检测传感器采用激光三角法检测激光光强度，从而间接测量纳米团簇的粒径，包括半导体激光管、第一透镜组、第二透镜组、面阵CCD图像传感器、反射镜、粒径数据处理模块以及激光管控制电路，所述激光管控制电路分别与所述系统控制板和半导体激光管电连接，所述粒径数据处理模块分别与所述面阵CCD图像传感器和所述系统控制板电连接；所述半导体激光管发射激光，依次经过所述第一透镜组、纳米团簇离子、第二透镜组、反射镜，至所述面阵CCD图像传感器，所述面阵CCD图像传感器生成的光强度信号经所述粒径数据处理模块进行数据处理后，实时传输纳米团簇的实时粒径信号至所述系统控制板。
[0012]所述的团簇离子束纳米加工设备控制装置，其中，所述粒径数据处理模块包括粒径数据处理控制电路以及分别与所述粒径数据处理控制电路连接的模拟前端、噪声抑制单元、模数转换单元、数字滤波单元、自适应高阶统计量加权平均单元以及三阶相关峭度反卷积逆滤波器。
[0013]所述的团簇离子束纳米加工设备控制装置，其中，所述纳米加工控制模块包括分别与所述系统控制板电连接的离子束偏转电路和两级加速电路；所述离子束偏转电路与用于实现物料偏转的偏转线圈电连接，所述偏转线圈设置在用于纳米材料加工的两级加速腔内，所述离子束偏转电路向偏转线圈提供锯齿波电流，产生径向、线性偏转磁场；所述两级加速腔前端设有分离孔，后端设有对撞孔，所述两级加速腔内设有正向环形通道和逆向环形通道，所述正向环形通道和逆向环形通道分别在所述分离孔和所述对撞孔处相交；所述两级加速电路设置在所述两级加速腔内，为分段串接的升压电路；物料经所述径向、线性偏转磁场的作用，由所述分离孔进入所述两级加速腔，并在两级加速电路的作用下不断加速，最终在对撞孔实现对撞分解。
[0014]所述的团簇离子束纳米加工设备控制装置，其中，所述纳米加工控制模块还包括用于将物料研磨成亚微米级团簇离子游离磨料的物料预处理单元，所述物料预处理单元包括与所述系统控制板电连接的主轴电机驱动电路，所述主轴电机驱动电路与主轴电机连接，所述主轴电机与负压发生器连接，所述负压发生器上径向分布有用于研磨物料的高速合金刀具。
[0015]所述的团簇离子束纳米加工设备控制装置，其中，所述系统控制板为ARM Cortex
‑
M系列微处理器，内核为嵌入实时微型操作系统；所述人机交互模块经由MODBUS RTU协议与所述系统控制板通信。
[0016]所述的团簇离子束纳米加工设备控制装置，其中，所述人机交互模块通过RS232C串口与所述系统控制板连接；所述过程控制模块以及数据采集模块通过通用输入输出口和光耦合隔离电路与所述系统控制板连接。
[0017]一种与上述的团簇离子束纳米加工设备控制装置对应的控制方法，包括以下步骤：
[0018]步骤1：对纳米材料的类型、粒径等参数进行设置，向所述系统控制板发送运行指令；
[0019]步骤2：所述系统控制板接收所述运行指令，实时管理并以并行处理方式调度所述人机交互模块、过程控制模块、数据采集模块、纳米加工控制模块以及物料输送模块，执行加工工序；
[0020]步骤3：通过所述数据采集模块实时检测所述纳米团簇粒径，满足设定条件时进行卸料。
[0021]所述的团簇离子束纳米加工设备控制装置的控制方法本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种团簇离子束纳米加工设备控制装置，其特征在于，包括系统控制板、人机交互模块、过程控制模块、数据采集模块、纳米加工控制模块以及物料输送模块，所述人机交互模块、过程控制模块、数据采集模块、纳米加工控制模块以及物料输送模块分别与所述系统控制板电连接；所述过程控制模块用于调控加工设备的温度、压力以及空气流量等参数；所述数据采集模块用于实时采集物料粒径数据，包括与系统控制板电连接的纳米团簇粒径实时检测传感器；所述纳米加工控制模块用于控制纳米加工工序；所述物料输送模块用于进料和出料管理，所述物料输送模块包括离心机，所述离心机用于给力驱动进料。2.根据权利要求1所述的团簇离子束纳米加工设备控制装置，其特征在于，所述纳米团簇粒径实时检测传感器采用激光三角法检测激光光强度，从而间接测量纳米团簇的粒径，包括半导体激光管、第一透镜组、第二透镜组、面阵CCD图像传感器、反射镜、粒径数据处理模块以及激光管控制电路，所述激光管控制电路分别与所述系统控制板和半导体激光管电连接，所述粒径数据处理模块分别与所述面阵CCD图像传感器和所述系统控制板电连接；所述半导体激光管发射激光，依次经过所述第一透镜组、纳米团簇离子、第二透镜组、反射镜，至所述面阵CCD图像传感器，所述面阵CCD图像传感器生成的光强度信号经所述粒径数据处理模块进行数据处理后，实时传输纳米团簇的实时粒径信号至所述系统控制板。3.根据权利要求2所述的团簇离子束纳米加工设备控制装置，其特征在于，所述粒径数据处理模块包括粒径数据处理控制电路以及分别与所述粒径数据处理控制电路连接的模拟前端、噪声抑制单元、模数转换单元、数字滤波单元、自适应高阶统计量加权平均单元以及三阶相关峭度反卷积逆滤波器。4.根据权利要求1所述的团簇离子束纳米加工设备控制装置，其特征在于，所述纳米加工控制模块包括分别与所述系统控制板电连接的离子束偏转电路和两级加速电路；所述离子束偏转电路与用于实现物料偏转的偏转线圈电连接，所述偏转线圈设置在用于纳米材料加工的两级加速腔内，所述离子束偏转电路向偏转线圈提供锯齿波电流，产生径向、线性偏转磁场；所述两级加速腔前端设有分离孔，后端设有对撞孔，所述两级加速腔内设有正向环形通道和逆向环形通道，所述正向环形通道和逆向环形通道分别在所述分离孔和所述对撞孔处相交；所述两级加速电路设置在所述两级加速腔内，为...
【专利技术属性】
技术研发人员：李应高，
申请(专利权)人：广东如动纳米科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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