一种单钨针精密成型控制方法以及装置与流程

1.本公开涉及极端精密加工成型领域，具体而言，涉及一种单钨针精密成型控制方法、装置、电子设备以及计算机可读存储介质。


背景技术：

2.目前，对于微细针尖而言，有很多制作工艺与方法，机械磨削法、离子束铣削法、电子束沉积法、场致蒸发法、微细电火花加工等。相比而言，这些加工方式受设备与条件的限制很大。而电化学腐蚀方法以其无工具损耗、无残余应力和热、无缺陷、经济、便捷、高效、易控制加工参数的优势为大多数研究机构所采用。很多研究者针对电化学腐蚀加工的控制参数如加工电压、浸润深度、电解液浓度等。对于发射针针尖、长度和对称性等指标的影响做了大量的研究。
3.尖端形成了针尖后，仍然浸在溶液中，电化学反应仍然进行，形成的针尖又会被腐蚀掉。为了解决这个问题，需要设计一种检测与控制装置，在针尖形成的瞬间切断电源，并将探针从溶液中提拉出来。该装置复杂且制作成本很高，控制系统的响应如果不够快的话，仍然会使针尖被腐蚀而钝化。
4.因此，需要一种或多种方法解决上述问题。
5.需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。


技术实现要素：

6.本公开的目的在于提供一种单钨针精密成型控制方法、装置、电子设备以及计算机可读存储介质，进而至少在一定程度上克服由于相关技术的限制和缺陷而导致的一个或者多个问题。
7.根据本公开的一个方面，提供一种单钨针精密成型控制方法，包括：
8.通过包含可位移的电解模块的阴极对单钨针的钨针尖进行腐蚀加工；
9.基于图像采集模块采集所述钨针尖的钨针尖轮廓图像，并将所述钨针尖轮廓图像发送至总控主机；
10.所述总控主机在接受到所述钨针尖轮廓图像后，计算所述钨针尖的轮廓参数，并基于预设残差控制算法，分别生成位移控制信号、电源控制信号；基于所述位移控制信号控制所述可位移的阴极移动，基于所述电源控制信号控制所述电解模块，完成对所述钨针尖的加工成型。
11.在本公开的一种示例性实施例中，所述方法还包括：
12.所述电解模块的阳极与所述钨针尖固定连接；
13.所述电解模块的阴极为薄膜电极，可沿所述钨针尖轴线方向位移；
14.在所述阳极与阴极间的所述钨针尖表面附着有腐蚀溶液，使电解模块通电时基于所述阳极、阴极、腐蚀溶液发生电解反应，实现对所述钨针尖的加工。
15.在本公开的一种示例性实施例中，所述方法还包括：
16.基于所述电源控制信号控制电解模块的电源，实现对所述钨针尖的加工；
17.所述电解模块的电源包括交流电源工作模式、直流电源工作模式。
18.在本公开的一种示例性实施例中，所述方法还包括：
19.所述电解模块的阴极与位移模块连接，并在所述位移模块的带动下沿与所述钨针尖同轴心的轴线方向位移。
20.在本公开的一种示例性实施例中，所述方法包括：
21.基于所述位移控制信号控制所述位移模块移动，并在所述位移模块的带动下沿与所述钨针尖同轴心的轴线方向位移。
22.在本公开的一种示例性实施例中，所述方法还包括：
23.所述腐蚀溶液储存在薄膜电极中，当所述薄膜电极沿所述钨针尖轴线方向位移被所述钨针尖刺破薄膜时，所述腐蚀溶液由所述薄膜电极中流出至钨针尖表面，使电解模块通电时基于所述阳极、阴极、腐蚀溶液发生电解反应，实现对所述钨针尖的加工。
24.在本公开的一个方面，提供一种单钨针精密成型控制装置，包括：
25.电解模块，用于通过包含可位移的电解模块的阴极对单钨针的钨针尖进行腐蚀加工；
26.图像采集模块，用于采集所述钨针尖的钨针尖轮廓图像，并将所述钨针尖轮廓图像发送至总控主机；
27.总控主机，用于在接受到所述钨针尖轮廓图像后，计算所述钨针尖的轮廓参数，并基于预设残差控制算法，分别生成位移控制信号、电源控制信号；基于所述位移控制信号控制所述可位移的阴极移动，基于所述电源控制信号控制所述电解模块，完成对所述钨针尖的加工成型。
28.在本公开的一个方面，提供一种电子设备，包括：
29.处理器；以及
30.存储器，所述存储器上存储有计算机可读指令，所述计算机可读指令被所述处理器执行时实现根据上述任意一项所述的方法。
31.在本公开的一个方面，提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现根据上述任意一项所述的方法。
32.本公开的示例性实施例中的一种单钨针精密成型控制方法，其中，该方法包括：通过包含可位移的电解模块的阴极对单钨针的钨针尖进行腐蚀加工；基于图像采集模块采集所述钨针尖的钨针尖轮廓图像，计算所述钨针尖的轮廓参数，并基于预设残差控制算法，分别生成位移控制信号控制所述可位移的阴极移动、生成电源控制信号控制所述电解模块，完成对所述钨针尖的加工成型。本公开提升了长径比单钨针成型自动化、精密化、智能化水平，且控制系统简单可靠。
33.应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。
附图说明
34.通过参照附图来详细描述其示例实施例，本公开的上述和其它特征及优点将变得
更加明显。
35.图1示出了根据本公开一示例性实施例的一种单钨针精密成型控制方法的流程图；
36.图2示出了根据本公开一示例性实施例的一种单钨针精密成型控制方法的控制逻辑示意图；
37.图3示出了根据本公开一示例性实施例的一种单钨针精密成型控制方法的应用场景示意图，其中，1-精密电源、2-腐蚀溶液、3-阴极、4-钨针尖、5-图像采集模块。
38.图4示出了根据本公开一示例性实施例的一种单钨针精密成型控制装置的示意框图；
39.图5示意性示出了根据本公开一示例性实施例的电子设备的框图；以及
40.图6示意性示出了根据本公开一示例性实施例的计算机可读存储介质的示意图。
具体实施方式
41.现在将参考附图更全面地描述示例实施例。然而，示例实施例能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施例；相反，提供这些实施例使得本公开将全面和完整，并将示例实施例的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。
42.此外，所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本公开的实施例的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本公开的技术方案而没有所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、材料、装置、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知结构、方法、装置、实现、材料或者操作以避免模糊本公开的各方面。
43.附图中所示的方框图仅仅是功能实体，不一定必须与物理上独立的实体相对应。即，可以采用软件形式来实现这些功能实体，或在一个或多个软件硬化的模块中实现这些功能实体或功能实体的一部分，或在不同网络和/或处理器装置和/或微控制器装置中实现这些功能实体。
44.在本示例实施例中，首先提供了一种单钨针精密成型控制方法；参考图1中所示，该一种单钨针精密成型控制方法可以包括以下步骤：
45.步骤s110，通过包含可位移的电解模块的阴极对单钨针的钨针尖进行腐蚀加工；
46.步骤s120，基于图像采集模块采集所述钨针尖的钨针尖轮廓图像，并将所述钨针尖轮廓图像发送至总控主机；
47.步骤s130，所述总控主机在接受到所述钨针尖轮廓图像后，计算所述钨针尖的轮廓参数，并基于预设残差控制算法，分别生成位移控制信号、电源控制信号；基于所述位移控制信号控制所述可位移的阴极移动，基于所述电源控制信号控制所述电解模块，完成对所述钨针尖的加工成型。
48.本公开的示例性实施例中的一种单钨针精密成型控制方法，其中，该方法包括：通过包含可位移的电解模块的阴极对单钨针的钨针尖进行腐蚀加工；基于图像采集模块采集所述钨针尖的钨针尖轮廓图像，计算所述钨针尖的轮廓参数，并基于预设残差控制算法，分别生成位移控制信号控制所述可位移的阴极移动、生成电源控制信号控制所述电解模块，
完成对所述钨针尖的加工成型。本公开提升了长径比单钨针成型自动化、精密化、智能化水平，且控制系统简单可靠。
49.下面，将对本示例实施例中的一种单钨针精密成型控制方法进行进一步的说明。
50.在步骤s110中，可以通过包含可位移的电解模块的阴极对单钨针的钨针尖进行腐蚀加工。
51.在本示例的实施例中，所述方法还包括：
52.所述电解模块的阳极与所述钨针尖固定连接；
53.所述电解模块的阴极为薄膜电极，可沿所述钨针尖轴线方向位移；
54.在所述阳极与阴极间的所述钨针尖表面附着有腐蚀溶液，使电解模块通电时基于所述阳极、阴极、腐蚀溶液发生电解反应，实现对所述钨针尖的加工。
55.在本示例的实施例中，所述方法还包括：
56.所述腐蚀溶液储存在薄膜电极中，当所述薄膜电极沿所述钨针尖轴线方向位移被所述钨针尖刺破薄膜时，所述腐蚀溶液由所述薄膜电极中流出至钨针尖表面，使电解模块通电时基于所述阳极、薄膜电极阴极、腐蚀溶液发生电解反应，实现对所述钨针尖的加工。
57.在本示例的实施例中，所述方法还包括：
58.基于所述电源控制信号控制电解模块的电源，实现对所述钨针尖的加工；
59.所述电解模块的电源包括交流电源工作模式、直流电源工作模式。
60.在步骤s120中，可以基于图像采集模块采集所述钨针尖的钨针尖轮廓图像，并将所述钨针尖轮廓图像发送至总控主机。
61.在本示例的实施例中，
62.在步骤s130中，可以所述总控主机在接受到所述钨针尖轮廓图像后，计算所述钨针尖的轮廓参数，并基于预设残差控制算法，分别生成位移控制信号、电源控制信号；基于所述位移控制信号控制所述可位移的阴极移动，基于所述电源控制信号控制所述电解模块，完成对所述钨针尖的加工成型。
63.在本示例的实施例中，所述方法还包括：
64.所述电解模块的阴极与位移模块连接，并在所述位移模块的带动下沿与所述钨针尖同轴心的轴线方向位移。
65.在本示例的实施例中，所述方法包括：
66.基于所述位移控制信号控制所述位移模块移动，并在所述位移模块的带动下沿与所述钨针尖同轴心的轴线方向位移。
67.在本示例的实施例中，如图2所示，钨针尖与图像测量镜头保持固定不动，阴极内含腐蚀液体，进行上下往复运动，向下运动时腐蚀液膜穿过钨针尖，经精密电源供电产生电解腐蚀。实际应用中，通过图像测量镜头实时采集计算钨针尖轮廓参数，并将结果反馈至总控主机，根据实际结果与目标值的残差控制精密电源输出参数和阴极位移参数，从而修正钨针尖的轮廓成型。
68.在本示例的实施例中，如图3所示，大长径比钨针尖成型系统主要包括精密电源、腐蚀溶液、阴极、钨针尖、图像测量镜头、位移机构、总控主机。其中，精密电源正极与钨针尖通过导线连接，精密电源负极与阴极连接，供电形成电化学腐蚀回路。精密电源应可通过程序控制，具备直流/交流两种工作模式，电流分辨率10μa，电压分辨率10mv。阴极为含圆孔的
薄片结构，材料为金、铂等，阴极与位移机构直接刚性连接。腐蚀溶液为标准氢氧化钠溶液，储存于阴极圆孔内形成薄膜。位移机构控制阴极进行上下的往复运动，具备精密的位移、速度控制，位移分辨率5μm以内。钨针尖初始结构为长圆柱或有一定锥角角度的圆台、棱台结构。在腐蚀过程中，安装装配保证钨针尖对称轴与阴极圆孔轴保持一致。图像测量镜头固定于钨针尖侧面，与钨针尖距离50mm以上，成像分辨率达到1μm。
69.需要说明的是，尽管在附图中以特定顺序描述了本公开中方法的各个步骤，但是，这并非要求或者暗示必须按照该特定顺序来执行这些步骤，或是必须执行全部所示的步骤才能实现期望的结果。附加的或备选的，可以省略某些步骤，将多个步骤合并为一个步骤执行，以及/或者将一个步骤分解为多个步骤执行等。
70.此外，在本示例实施例中，还提供了一种单钨针精密成型控制装置。参照图4所示，该一种单钨针精密成型控制装置400可以包括：电解模块410、图像采集模块420以及总控主机430。其中：
71.电解模块410，用于通过包含可位移的电解模块的阴极对单钨针的钨针尖进行腐蚀加工；
72.图像采集模块420，用于采集所述钨针尖的钨针尖轮廓图像，并将所述钨针尖轮廓图像发送至总控主机；
73.总控主机430，用于在接受到所述钨针尖轮廓图像后，计算所述钨针尖的轮廓参数，并基于预设残差控制算法，分别生成位移控制信号、电源控制信号；基于所述位移控制信号控制所述可位移的阴极移动，基于所述电源控制信号控制所述电解模块，完成对所述钨针尖的加工成型。
74.上述中各一种单钨针精密成型控制装置模块的具体细节已经在对应的一种单钨针精密成型控制方法中进行了详细的描述，因此此处不再赘述。
75.应当注意，尽管在上文详细描述中提及了一种单钨针精密成型控制装置400的若干模块或者单元，但是这种划分并非强制性的。实际上，根据本公开的实施方式，上文描述的两个或更多模块或者单元的特征和功能可以在一个模块或者单元中具体化。反之，上文描述的一个模块或者单元的特征和功能可以进一步划分为由多个模块或者单元来具体化。
76.此外，在本公开的示例性实施例中，还提供了一种能够实现上述方法的电子设备。
77.所属技术领域的技术人员能够理解，本发明的各个方面可以实现为系统、方法或程序产品。因此，本发明的各个方面可以具体实现为以下形式，即：完全的硬件实施例、完全的软件实施例(包括固件、微代码等)，或硬件和软件方面结合的实施例，这里可以统称为“电路”、“模块”或“系统”。
78.下面参照图5来描述根据本发明的这种实施例的电子设备500。图5显示的电子设备500仅仅是一个示例，不应对本发明实施例的功能和使用范围带来任何限制。
79.如图5所示，电子设备500以通用计算设备的形式表现。电子设备500的组件可以包括但不限于：上述至少一个处理单元510、上述至少一个存储单元520、连接不同系统组件(包括存储单元520和处理单元510)的总线530、显示单元540。
80.其中，所述存储单元存储有程序代码，所述程序代码可以被所述处理单元510执行，使得所述处理单元510执行本说明书上述“示例性方法”部分中描述的根据本发明各种示例性实施例的步骤。例如，所述处理单元510可以执行如图1中所示的步骤s110至步骤
s130。
81.存储单元520可以包括易失性存储单元形式的可读介质，例如随机存取存储单元(ram)5201和/或高速缓存存储单元5202，还可以进一步包括只读存储单元(rom)5203。
82.存储单元520还可以包括具有一组(至少一个)程序模块5203的程序/实用工具5204，这样的程序模块5205包括但不限于：操作系统、一个或者多个应用程序、其它程序模块以及程序数据，这些示例中的每一个或某种组合中可能包括网络环境的实现。
83.总线550可以为表示几类总线结构中的一种或多种，包括存储单元总线或者存储单元控制器、外围总线、图形加速端口、处理单元或者使用多种总线结构中的任意总线结构的局域总线。
84.电子设备500也可以与一个或多个外部设备570(例如键盘、指向设备、蓝牙设备等)通信，还可与一个或者多个使得用户能与该电子设备500交互的设备通信，和/或与使得该电子设备500能与一个或多个其它计算设备进行通信的任何设备(例如路由器、调制解调器等等)通信。这种通信可以通过输入/输出(i/o)接口550进行。并且，电子设备500还可以通过网络适配器560与一个或者多个网络(例如局域网(lan)，广域网(wan)和/或公共网络，例如因特网)通信。如图所示，网络适配器560通过总线550与电子设备500的其它模块通信。应当明白，尽管图中未示出，可以结合电子设备500使用其它硬件和/或软件模块，包括但不限于：微代码、设备驱动器、冗余处理单元、外部磁盘驱动阵列、raid系统、磁带驱动器以及数据备份存储系统等。
85.通过以上的实施例的描述，本领域的技术人员易于理解，这里描述的示例实施例可以通过软件实现，也可以通过软件结合必要的硬件的方式来实现。因此，根据本公开实施例的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品可以存储在一个非易失性存储介质(可以是cd-rom，u盘，移动硬盘等)中或网络上，包括若干指令以使得一台计算设备(可以是个人计算机、服务器、终端装置、或者网络设备等)执行根据本公开实施例的方法。
86.在本公开的示例性实施例中，还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有能够实现本说明书上述方法的程序产品。在一些可能的实施例中，本发明的各个方面还可以实现为一种程序产品的形式，其包括程序代码，当所述程序产品在终端设备上运行时，所述程序代码用于使所述终端设备执行本说明书上述“示例性方法”部分中描述的根据本发明各种示例性实施例的步骤。
87.参考图6所示，描述了根据本发明的实施例的用于实现上述方法的程序产品600，其可以采用便携式紧凑盘只读存储器(cd-rom)并包括程序代码，并可以在终端设备，例如个人电脑上运行。然而，本发明的程序产品不限于此，在本文件中，可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。
88.所述程序产品可以采用一个或多个可读介质的任意组合。可读介质可以是可读信号介质或者可读存储介质。可读存储介质例如可以为但不限于电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式盘、硬盘、随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、可擦式可编程只读存储器(eprom或闪存)、光纤、便携式紧凑盘只读存储器(cd-rom)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。
89.计算机可读信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了可读程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。可读信号介质还可以是可读存储介质以外的任何可读介质，该可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。
90.可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于无线、有线、光缆、rf等等，或者上述的任意合适的组合。
91.可以以一种或多种程序设计语言的任意组合来编写用于执行本发明操作的程序代码，所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如java、c++等，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“c”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算设备上执行、部分地在用户设备上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算设备上部分在远程计算设备上执行、或者完全在远程计算设备或服务器上执行。在涉及远程计算设备的情形中，远程计算设备可以通过任意种类的网络，包括局域网(lan)或广域网(wan)，连接到用户计算设备，或者，可以连接到外部计算设备(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。
92.此外，上述附图仅是根据本发明示例性实施例的方法所包括的处理的示意性说明，而不是限制目的。易于理解，上述附图所示的处理并不表明或限制这些处理的时间顺序。另外，也易于理解，这些处理可以是例如在多个模块中同步或异步执行的。
93.本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其他实施例。本技术旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由权利要求指出。
94.应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限。