基于视觉反馈的跨尺度连续微液滴沉积方法及系统

allin2025-05-17  49


本申请属于微纳增材制造,具体涉及基于视觉反馈的跨尺度连续微液滴沉积方法及系统。


背景技术:

1、mced技术是一种基于扫描探针显微镜技术的无掩膜电沉积技术,该技术凭借其定位与加工精度高、制造工艺简单且在加工时几乎不会产生热效应,可有效避免生物和材料损伤等特点。因而在微型机电系统及航空航天、生物医学及材料科学等领域具有重要应用价值。

2、mced技术原理如下:当探针尖端的微液滴与基底接触形成导电回路时,导电基底上会发生还原反应,生成沉积物;利用上位机发送指令控制压电陶瓷带动基底平台运动,即探针与基底间产生相对运动,持续的还原反应生成沉积物沉积在基底,从而实现特殊图案的沉积制造。受制于当前mced实验平台中压电陶瓷的有限行程,当需要实现沉积平面内大范围的导电微图案微纳制造时,有限尺度加工范围无法满足。

3、申请号为cn202010869933.x,名称为“一种液相微纳加工方法和设备”的专利,该专利中探针的沉积范围限制在压电陶瓷的行程范围内,这会限制mced的进一步应用。

4、申请号为cn202211685061.7,名称为“一种喷射电沉积喷头装置及3d打印机”的专利,该专利采用可旋转式内筒,可在外部壳体和阳极棒内腔之间形成镀液环形通道,以使镀液连续均匀流淌到下部喷头处。进而可以实现较大范围内微纳图案的高速增材制造。该专利受制于独特的喷射沉积原理,导致其制造出的微观结构表面质量较差,且无法实现精确定位的增材制造。


技术实现思路

1、本申请提供基于视觉反馈的跨尺度连续微液滴沉积方法及系统,以解决上述的技术问题。

2、为解决上述技术问题,本申请采用的一个技术方案是:基于视觉反馈的跨尺度连续微液滴沉积方法,包括以下步骤:

3、将待沉积的总距离分割为多组单元距离;

4、基于单元距离,探针与基底接触,基底移动,使得探针在基底表面进行沉积,获取沉积线以及第一图像;

5、基底下降并复位至初始位置,获取多组中间图像并进行测量自标定;

6、探针向沉积线的终点移动第一距离,获取第二图像;

7、基于第二图像,获取探针的端点在基底上的正投影与沉积线的终点之间的第二距离;

8、基于第二距离,调整基底的位置,以使得探针的端点在基底上的正投影点与沉积线的终点重合;

9、重复上述步骤,直到沉积线的长度等于待沉积的总距离。

10、进一步,第一距离小于单位距离。

11、进一步,基底下降并复位至初始位置,获取多组中间图像并进行测量自标定的方法,包括:

12、基底下沉并向沉积线的起始点方向间歇性移动第二单元距离,获取组中间图像;

13、基于第一图像以及中间图像,以第一图像中探针端点在基底上的正投影点位置为原点建立图像坐标系,获取探针在图像坐标系的偏移距离;

14、重复上述步骤,直到基底到达初始位置,获取多组偏移距离;

15、基于多组偏移距离以及第二单元距离,获取偏移距离与第二单元距离之间的第一对应关系,完成测量自标定。

16、进一步,基于第二图像,获取探针的端点在基底上的正投影点与沉积线的终点之间的第二距离的方法,包括:

17、基于第二图像,获取探针的端点在基底上的正投影点与沉积线的终点之间的图像测量距离;

18、基于图像测量距离以及第一对应关系,获取第二距离。

19、本申请采用的另一个技术方案是:基于视觉反馈的跨尺度连续微液滴沉积系统,包括:

20、基底,用于承载沉积线;

21、压电陶瓷移动底座,位于基底下端面,其中,压电陶瓷移动底座用于承载基底并控制基底的移动;

22、探针,用于在基底上进行液滴沉积操作;

23、探针架,用于固定并控制探针移动;

24、拍摄组件,用于拍摄包含基底表面以及探针的图像;

25、主控组件,与拍摄组件、压电陶瓷移动底座以及探针架连接,其中,主控组件接收并分析图像,并控制压电陶瓷移动底座以及探针架的移动。

26、进一步,拍摄组件与水平面存在夹角并通过支架设置于基板一侧。

27、本申请的有益效果是:本申请利用相机完成了图像的自标定,即建立了平台坐标系与图像坐标系之间相应位移的对应关系,避免了相邻沉积线段之间发生断连、干涉的可能性,保证了mced技术跨尺度的连续沉积,有效拓宽了mced技术的应用范围。



技术特征:

1.一种基于视觉反馈的跨尺度连续微液滴沉积方法,其特征在于,包括以下步骤:

2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述第一距离小于所述单位距离。

3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述基底下降并复位至初始位置,获取多组中间图像并进行测量自标定的方法,包括:

4.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,所述基于所述第二图像,获取所述探针的端点在所述基底上的正投影点与所述沉积线的终点之间的第二距离的方法,包括:

5.一种基于视觉反馈的跨尺度连续微液滴沉积系统,其特征在于,包括:

6.根据权利要求5所述的方法,其特征在于,所述拍摄组件与水平面存在夹角并通过支架设置于所述基板一侧。


技术总结
本申请公开了一种基于视觉反馈的跨尺度连续微液滴沉积方法及系统,包括:将待沉积的总距离分割为多组单元距离;探针与基底接触,基底移动,获取沉积线;基底下降并复位至初始位置,获取多组中间图像并进行测量自标定;探针向沉积线的终点移动第一距离,获取第二图像;获取探针的端点在基底上的正投影点与沉积线的终点之间的第二距离;调整基底的位置;重复上述步骤,直到沉积线的长度等于待沉积的总距离。本申请利用相机完成了图像的自标定,即建立了平台坐标系与图像坐标系之间相应位移的对应关系,避免了相邻沉积线段之间发生断连、干涉的可能性,保证了MCED技术跨尺度的连续沉积,有效拓宽了MCED技术的应用范围。

技术研发人员:邢强,万晗驰,赵雪勤,杨雅雯,徐海黎,庄健
受保护的技术使用者:南通大学
技术研发日:
技术公布日:2024/10/31
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