基于視覺反饋的跨尺度連續(xù)微液滴沉積方法及系統(tǒng)

本申請屬于微納增材制造，具體涉及基于視覺反饋的跨尺度連續(xù)微液滴沉積方法及系統(tǒng)。

背景技術：

1、mced技術是一種基于掃描探針顯微鏡技術的無掩膜電沉積技術，該技術憑借其定位與加工精度高、制造工藝簡單且在加工時幾乎不會產生熱效應，可有效避免生物和材料損傷等特點。因而在微型機電系統(tǒng)及航空航天、生物醫(yī)學及材料科學等領域具有重要應用價值。

2、mced技術原理如下：當探針尖端的微液滴與基底接觸形成導電回路時，導電基底上會發(fā)生還原反應，生成沉積物；利用上位機發(fā)送指令控制壓電陶瓷帶動基底平臺運動，即探針與基底間產生相對運動，持續(xù)的還原反應生成沉積物沉積在基底，從而實現(xiàn)特殊圖案的沉積制造。受制于當前mced實驗平臺中壓電陶瓷的有限行程，當需要實現(xiàn)沉積平面內大范圍的導電微圖案微納制造時，有限尺度加工范圍無法滿足。

3、申請?zhí)枮閏n202010869933.x，名稱為“一種液相微納加工方法和設備”的專利，該專利中探針的沉積范圍限制在壓電陶瓷的行程范圍內，這會限制mced的進一步應用。

4、申請?zhí)枮閏n202211685061.7，名稱為“一種噴射電沉積噴頭裝置及3d打印機”的專利，該專利采用可旋轉式內筒，可在外部殼體和陽極棒內腔之間形成鍍液環(huán)形通道，以使鍍液連續(xù)均勻流淌到下部噴頭處。進而可以實現(xiàn)較大范圍內微納圖案的高速增材制造。該專利受制于獨特的噴射沉積原理，導致其制造出的微觀結構表面質量較差，且無法實現(xiàn)精確定位的增材制造。

技術實現(xiàn)思路

1、本申請?zhí)峁┗谝曈X反饋的跨尺度連續(xù)微液滴沉積方法及系統(tǒng)，以解決上述的技術問題。

2、為解決上述技術問題，本申請采用的一個技術方案是：基于視覺反饋的跨尺度連續(xù)微液滴沉積方法，包括以下步驟：

3、將待沉積的總距離分割為多組單元距離；

4、基于單元距離，探針與基底接觸，基底移動，使得探針在基底表面進行沉積，獲取沉積線以及第一圖像；

5、基底下降并復位至初始位置，獲取多組中間圖像并進行測量自標定；

6、探針向沉積線的終點移動第一距離，獲取第二圖像；

7、基于第二圖像，獲取探針的端點在基底上的正投影與沉積線的終點之間的第二距離；

8、基于第二距離，調整基底的位置，以使得探針的端點在基底上的正投影點與沉積線的終點重合；

9、重復上述步驟，直到沉積線的長度等于待沉積的總距離。

10、進一步，第一距離小于單位距離。

11、進一步，基底下降并復位至初始位置，獲取多組中間圖像并進行測量自標定的方法，包括：

12、基底下沉并向沉積線的起始點方向間歇性移動第二單元距離，獲取組中間圖像；

13、基于第一圖像以及中間圖像，以第一圖像中探針端點在基底上的正投影點位置為原點建立圖像坐標系，獲取探針在圖像坐標系的偏移距離；

14、重復上述步驟，直到基底到達初始位置，獲取多組偏移距離；

15、基于多組偏移距離以及第二單元距離，獲取偏移距離與第二單元距離之間的第一對應關系，完成測量自標定。

16、進一步，基于第二圖像，獲取探針的端點在基底上的正投影點與沉積線的終點之間的第二距離的方法，包括：

17、基于第二圖像，獲取探針的端點在基底上的正投影點與沉積線的終點之間的圖像測量距離；

18、基于圖像測量距離以及第一對應關系，獲取第二距離。

19、本申請采用的另一個技術方案是：基于視覺反饋的跨尺度連續(xù)微液滴沉積系統(tǒng)，包括：

20、基底，用于承載沉積線；

21、壓電陶瓷移動底座，位于基底下端面，其中，壓電陶瓷移動底座用于承載基底并控制基底的移動；

22、探針，用于在基底上進行液滴沉積操作；

23、探針架，用于固定并控制探針移動；

24、拍攝組件，用于拍攝包含基底表面以及探針的圖像；

25、主控組件，與拍攝組件、壓電陶瓷移動底座以及探針架連接，其中，主控組件接收并分析圖像，并控制壓電陶瓷移動底座以及探針架的移動。

26、進一步，拍攝組件與水平面存在夾角并通過支架設置于基板一側。

27、本申請的有益效果是：本申請利用相機完成了圖像的自標定，即建立了平臺坐標系與圖像坐標系之間相應位移的對應關系，避免了相鄰沉積線段之間發(fā)生斷連、干涉的可能性，保證了mced技術跨尺度的連續(xù)沉積，有效拓寬了mced技術的應用范圍。

技術特征：

1.一種基于視覺反饋的跨尺度連續(xù)微液滴沉積方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一距離小于所述單位距離。

3.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述基底下降并復位至初始位置，獲取多組中間圖像并進行測量自標定的方法，包括：

4.根據(jù)權利要求3所述的方法，其特征在于，所述基于所述第二圖像，獲取所述探針的端點在所述基底上的正投影點與所述沉積線的終點之間的第二距離的方法，包括：

5.一種基于視覺反饋的跨尺度連續(xù)微液滴沉積系統(tǒng)，其特征在于，包括：

6.根據(jù)權利要求5所述的方法，其特征在于，所述拍攝組件與水平面存在夾角并通過支架設置于所述基板一側。

技術總結
本申請公開了一種基于視覺反饋的跨尺度連續(xù)微液滴沉積方法及系統(tǒng)，包括：將待沉積的總距離分割為多組單元距離；探針與基底接觸，基底移動，獲取沉積線；基底下降并復位至初始位置，獲取多組中間圖像并進行測量自標定；探針向沉積線的終點移動第一距離，獲取第二圖像；獲取探針的端點在基底上的正投影點與沉積線的終點之間的第二距離；調整基底的位置；重復上述步驟，直到沉積線的長度等于待沉積的總距離。本申請利用相機完成了圖像的自標定，即建立了平臺坐標系與圖像坐標系之間相應位移的對應關系，避免了相鄰沉積線段之間發(fā)生斷連、干涉的可能性，保證了MCED技術跨尺度的連續(xù)沉積，有效拓寬了MCED技術的應用范圍。

技術研發(fā)人員：邢強,萬晗馳,趙雪勤,楊雅雯,徐海黎,莊健
受保護的技術使用者：南通大學
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/10/31