一种团簇离子束纳米加工设备控制装置及其控制方法与流程

技术特征：

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。

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。

5.根据权利要求4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。

6.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。

7.根据权利要求6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。

8.一种如权利要求1-7所述的团簇离子束纳米加工设备控制装置的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

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；

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；

步骤3：实时检测所述纳米团簇粒径，满足设定条件时进行卸料。

9.根据权利要求8所述的团簇离子束纳米加工设备控制装置的控制方法，其特征在于，实时检测所述纳米团簇粒径的检测步骤包括：发射激光，照射待检测的物料；产生光强度信号，所述光强度信号经模拟前端、噪声抑制、模数转换、数字滤波、自适应高阶统计量加权平均算法之后，对所述光强度信号的三阶相关峭度反卷积逆滤波器进行盲提取，从而输出纳米团簇的实时粒径信号。

10.根据权利要求8所述的团簇离子束纳米加工设备控制装置的控制方法，其特征在于，所述加工工序包括：对所述物料进行预处理，研磨成游离磨料；实时检测所述游离磨料粒径，当所述游离磨料达到亚微米级时，进行偏转、加速和对撞加工，分解成纳米团簇。