本實(shí)用新型涉及納米材料加工領(lǐng)域，尤其涉及的是一種團(tuán)簇離子束納米加工設(shè)備控制裝置。

背景技術(shù)：

納米材料又稱之為超微晶材料，其團(tuán)簇粒徑介于1nm至100nm之間，具有小尺寸效應(yīng)、量子效應(yīng)、界面效應(yīng)和表面效應(yīng)等獨(dú)特而優(yōu)異的物理性能，在陶瓷、微電子、化工、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。近十年來(lái)，圍繞納米材料的制備方法、性能測(cè)試和理論解釋已成為各國(guó)研究的熱點(diǎn)問(wèn)題，取得了豐碩的理論研究和應(yīng)用研究成果。

就納米材料的加工技術(shù)而言，主要有機(jī)械球磨法、分子束外延法、化學(xué)氣相沉積法、液相沉積法等制備方法。

機(jī)械球磨法利用研磨球、研磨罐和研磨顆粒的碰撞，改變納米材料的粒徑、形貌和比表面積，在磁性、超飽和固溶體、熱電、半導(dǎo)體和硅酸鹽等納米材料的制備以低成本、高效益取得較好的應(yīng)用成果，但普遍存在分散和污染問(wèn)題，常采用超聲波、機(jī)械攪拌改進(jìn)物理分散，采用改性分散或分散劑分散方法以改進(jìn)化學(xué)分散。但高速球磨伴隨的組份偏差和物相污染，目前還未見(jiàn)行之有效的解決措施。

分子束外延法是一種特殊的真空鍍膜工藝。在超高真空腔內(nèi)，將熱蒸發(fā)、氣體裂解、輝光放電離子化等方法產(chǎn)生的原子束或分子束，投射到具有一定取向、一定溫度的晶體襯底上，生成晶體薄膜材料或所需晶體結(jié)構(gòu)。其工藝過(guò)程一般為襯底處理、生長(zhǎng)控制和后續(xù)工序。調(diào)制摻雜控制晶體生長(zhǎng)的束流強(qiáng)度、穩(wěn)定性、濃度等參數(shù)，以保證晶體的雜質(zhì)分布和一致性，主要應(yīng)用于制備激光器、光纖傳感器、微波器件或光電顯示器件，具有無(wú)污染、組份均勻、厚度一致性好等特點(diǎn)，但設(shè)備造價(jià)較高，不能用于粉體納米材料的制備（化學(xué)氣相沉積法和液相沉積法亦然）。

至今為止，上述各種方法仍面臨一些亟待解決的共性問(wèn)題，諸如如何快速而實(shí)時(shí)地進(jìn)行納米團(tuán)簇的性能測(cè)量和評(píng)價(jià)、如何保證納米團(tuán)簇的穩(wěn)定性和一致性、如何有效地篩選納米團(tuán)簇中不同結(jié)構(gòu)的異構(gòu)體，以及準(zhǔn)確地建立納米團(tuán)簇的動(dòng)力學(xué)模型等。而且，目前納米加工設(shè)備的系統(tǒng)控制器大多采用可編程序控制器（PLC）、IBM兼容計(jì)算機(jī)或工業(yè)計(jì)算機(jī)，以前后臺(tái)結(jié)構(gòu)、串行處理或輪詢方式執(zhí)行納米加工設(shè)備的系統(tǒng)管理和過(guò)程控制任務(wù)，存在諸多不足：體積較大，影響納米加工設(shè)備的總體布局；成本較高，系統(tǒng)軟硬件資源受限，不便于功能擴(kuò)展和系統(tǒng)更新，而且串行處理方式，降低了納米加工設(shè)備的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能。

因此，現(xiàn)有技術(shù)還有待于改進(jìn)和發(fā)展。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于提供一種團(tuán)簇離子束納米加工設(shè)備控制裝置，旨在解決現(xiàn)有的納米加工技術(shù)中存在的組分偏差、物相污染、無(wú)法實(shí)時(shí)進(jìn)行納米團(tuán)簇的性能測(cè)量以及動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能差等問(wèn)題。

本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下：

一種團(tuán)簇離子束納米加工設(shè)備控制裝置，包括系統(tǒng)控制板、人機(jī)交互模塊、過(guò)程控制模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、納米加工控制模塊以及物料輸送模塊，所述人機(jī)交互模塊、過(guò)程控制模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、納米加工控制模塊以及物料輸送模塊分別與所述系統(tǒng)控制板電連接；所述過(guò)程控制模塊用于調(diào)控加工設(shè)備的溫度、壓力以及空氣流量等參數(shù)，包括分別與所述系統(tǒng)控制板電連接的壓力傳感器、溫度傳感器以及流量傳感器；所述數(shù)據(jù)采集模塊用于實(shí)時(shí)采集物料粒徑數(shù)據(jù)，包括與系統(tǒng)控制板電連接的納米團(tuán)簇粒徑實(shí)時(shí)檢測(cè)傳感器；所述納米加工控制模塊用于控制納米加工工序；所述物料輸送模塊用于進(jìn)料和出料管理，包括分別與所述系統(tǒng)控制板電連接的進(jìn)料電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、出料電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路以及位置傳感器。

所述的團(tuán)簇離子束納米加工設(shè)備控制裝置，其中，所述納米團(tuán)簇粒徑實(shí)時(shí)檢測(cè)傳感器采用激光三角法檢測(cè)激光光強(qiáng)度，從而間接測(cè)量納米團(tuán)簇的粒徑，包括半導(dǎo)體激光管、第一透鏡組、第二透鏡組、面陣CCD圖像傳感器、反射鏡、粒徑數(shù)據(jù)處理模塊以及激光管控制電路，所述激光管控制電路分別與所述系統(tǒng)控制板和半導(dǎo)體激光管電連接，所述粒徑數(shù)據(jù)處理模塊分別與所述面陣CCD圖像傳感器和所述系統(tǒng)控制板電連接；所述半導(dǎo)體激光管發(fā)射激光，依次經(jīng)過(guò)所述第一透鏡組、納米團(tuán)簇離子、第二透鏡組、反射鏡，至所述面陣CCD圖像傳感器，所述面陣CCD圖像傳感器生成的光強(qiáng)度信號(hào)經(jīng)所述粒徑數(shù)據(jù)處理模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后，實(shí)時(shí)傳輸納米團(tuán)簇的實(shí)時(shí)粒徑信號(hào)至所述系統(tǒng)控制板。

所述的團(tuán)簇離子束納米加工設(shè)備控制裝置，其中，所述粒徑數(shù)據(jù)處理模塊包括粒徑數(shù)據(jù)處理控制電路以及分別與所述粒徑數(shù)據(jù)處理控制電路連接的模擬前端、噪聲抑制單元、模數(shù)轉(zhuǎn)換單元、數(shù)字濾波單元、自適應(yīng)高階統(tǒng)計(jì)量加權(quán)平均單元以及三階相關(guān)峭度反卷積逆濾波器。

所述的團(tuán)簇離子束納米加工設(shè)備控制裝置，其中，所述納米加工控制模塊包括分別與所述系統(tǒng)控制板電連接的離子束偏轉(zhuǎn)電路和兩級(jí)加速電路；所述離子束偏轉(zhuǎn)電路與用于實(shí)現(xiàn)物料偏轉(zhuǎn)的偏轉(zhuǎn)線圈電連接，所述偏轉(zhuǎn)線圈設(shè)置在用于納米材料加工的兩級(jí)加速腔內(nèi)，所述離子束偏轉(zhuǎn)電路向偏轉(zhuǎn)線圈提供鋸齒波電流，產(chǎn)生徑向、線性偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)；所述兩級(jí)加速腔前端設(shè)有分離孔，后端設(shè)有對(duì)撞孔，所述兩級(jí)加速腔內(nèi)設(shè)有正向環(huán)形通道和逆向環(huán)形通道，所述正向環(huán)形通道和逆向環(huán)形通道分別在所述分離孔和所述對(duì)撞孔處相交；所述兩級(jí)加速電路設(shè)置在所述兩級(jí)加速腔內(nèi)，為分段串接的升壓電路；物料經(jīng)所述徑向、線性偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的作用，由所述分離孔進(jìn)入所述兩級(jí)加速腔，并在兩級(jí)加速電路的作用下不斷加速，最終在對(duì)撞孔實(shí)現(xiàn)對(duì)撞分解。

所述的團(tuán)簇離子束納米加工設(shè)備控制裝置，其中，所述納米加工控制模塊還包括用于將物料研磨成亞微米級(jí)團(tuán)簇離子游離磨料的物料預(yù)處理單元，所述物料預(yù)處理單元包括與所述系統(tǒng)控制板電連接的主軸電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，所述主軸電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路與主軸電機(jī)連接，所述主軸電機(jī)與負(fù)壓發(fā)生器連接，所述負(fù)壓發(fā)生器上徑向分布有用于研磨物料的高速合金刀具。

所述的團(tuán)簇離子束納米加工設(shè)備控制裝置，其中，所述系統(tǒng)控制板為ARM Cortex-M系列微處理器，內(nèi)核為嵌入實(shí)時(shí)微型操作系統(tǒng)；所述人機(jī)交互模塊經(jīng)由MODBUS RTU協(xié)議與所述系統(tǒng)控制板通信。

所述的團(tuán)簇離子束納米加工設(shè)備控制裝置，其中，所述人機(jī)交互模塊通過(guò)RS232C串口與所述系統(tǒng)控制板連接；所述過(guò)程控制模塊以及數(shù)據(jù)采集模塊通過(guò)通用輸入輸出口和光耦合隔離電路與所述系統(tǒng)控制板連接。

一種與上述的團(tuán)簇離子束納米加工設(shè)備控制裝置對(duì)應(yīng)的控制流程，包括以下步驟：

步驟1：對(duì)納米材料的類型、粒徑等參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，向所述系統(tǒng)控制板發(fā)送運(yùn)行指令；

步驟2：所述系統(tǒng)控制板接收所述運(yùn)行指令，實(shí)時(shí)管理并以并行處理方式調(diào)度所述人機(jī)交互模塊、過(guò)程控制模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、納米加工控制模塊以及物料輸送模塊，執(zhí)行加工工序；

步驟3：通過(guò)所述數(shù)據(jù)采集模塊實(shí)時(shí)檢測(cè)所述納米團(tuán)簇粒徑，滿足設(shè)定條件時(shí)進(jìn)行卸料。

所述的團(tuán)簇離子束納米加工設(shè)備控制裝置的控制流程，其中，實(shí)時(shí)檢測(cè)所述納米團(tuán)簇粒徑的檢測(cè)步驟包括：發(fā)射激光，照射待檢測(cè)的物料；產(chǎn)生光強(qiáng)度信號(hào)，所述光強(qiáng)度信號(hào)經(jīng)模擬前端、噪聲抑制、模數(shù)轉(zhuǎn)換、數(shù)字濾波、自適應(yīng)高階統(tǒng)計(jì)量加權(quán)平均算法之后，對(duì)所述光強(qiáng)度信號(hào)的三階相關(guān)峭度反卷積逆濾波器進(jìn)行盲提取，從而輸出納米團(tuán)簇的實(shí)時(shí)粒徑信號(hào)。

所述的團(tuán)簇離子束納米加工設(shè)備控制裝置的控制流程，其中，所述加工工序包括：對(duì)所述物料進(jìn)行預(yù)處理，研磨成游離磨料；實(shí)時(shí)檢測(cè)所述游離磨料粒徑，當(dāng)所述游離磨料達(dá)到亞微米級(jí)時(shí)，進(jìn)行偏轉(zhuǎn)、加速和對(duì)撞加工，分解成納米團(tuán)簇。

本實(shí)用新型的有益效果是：本實(shí)用新型提供的團(tuán)簇離子束納米加工設(shè)備控制裝置及其控制方法通過(guò)實(shí)時(shí)檢測(cè)納米團(tuán)簇粒徑，保證了納米團(tuán)簇粒徑的一致性和穩(wěn)定性；通過(guò)納米團(tuán)簇的能量束碰撞的加工方式，保證納米材料的粒徑和純度要求，最大限度地減少組份偏差和物相污染；通過(guò)采用ARM Cotex-M系列處理器構(gòu)建控制裝置的硬件平臺(tái)，以并行處理方式實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)調(diào)度系統(tǒng)功能模塊，通過(guò)納米加工控制模塊控制加工工序，大幅度提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能。

附圖說(shuō)明

圖1是本實(shí)用新型提供的一種團(tuán)簇離子束納米加工設(shè)備控制裝置的結(jié)構(gòu)框圖。

圖2是本實(shí)用新型提供的一種團(tuán)簇離子束納米加工設(shè)備控制裝置的結(jié)構(gòu)框圖。

圖3是本實(shí)用新型提供的一種納米團(tuán)簇粒徑實(shí)時(shí)檢測(cè)傳感器的原理示意圖。

圖4是本實(shí)用新型提供的一種納米加工控制模塊的原理示意圖。

圖5是本實(shí)用新型提供的團(tuán)簇離子束納米加工設(shè)備控制裝置體系結(jié)構(gòu)圖。

圖6是本實(shí)用新型提供的團(tuán)簇離子束納米加工設(shè)備控制方法的流程圖。

附圖標(biāo)注說(shuō)明：1、激光管控制電路；2、半導(dǎo)體激光管；3、第一透鏡組；4、被測(cè)物體；5、第二透鏡組；6、透鏡；7、反射鏡；8、面陣CCD圖像傳感器；9、粒徑數(shù)據(jù)處理模塊；10、偏轉(zhuǎn)線圈；11、兩級(jí)加速電路；12、分離孔；13、對(duì)撞孔；14、正向環(huán)形通道；15、逆向環(huán)形通道。

具體實(shí)施方式

為使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚、明確，以下參照附圖并舉實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。

參見(jiàn)圖1，為本實(shí)用新型提供的一種團(tuán)簇離子束納米加工設(shè)備控制裝置，包括系統(tǒng)控制板、人機(jī)交互模塊、過(guò)程控制模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、納米加工控制模塊以及物料輸送模塊，所述人機(jī)交互模塊、過(guò)程控制模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、納米加工控制模塊以及物料輸送模塊分別與所述系統(tǒng)控制板電連接。通過(guò)所述人機(jī)交互模塊，以滿足用戶對(duì)納米材料加工的設(shè)置和過(guò)程的掌控；通過(guò)過(guò)程控制模塊實(shí)時(shí)調(diào)控加工設(shè)備的溫度、壓力以及空氣流量等參數(shù)，保證設(shè)備的穩(wěn)定性和安全性；通過(guò)數(shù)據(jù)采集模塊，實(shí)時(shí)采集納米團(tuán)簇的粒徑信息，并根據(jù)粒徑信息進(jìn)行納米材料的加工工序的控制，保證了納米團(tuán)簇粒徑的一致性和穩(wěn)定性。

在實(shí)際應(yīng)用中，如圖2所示，所述系統(tǒng)控制板為ARM Cortex-M系列微處理器，在本實(shí)施例中為ARM Cortex-M4系列微處理器，搭配嵌入式實(shí)時(shí)微型操作系統(tǒng)FreeRTOS，可實(shí)現(xiàn)以并行處理方式實(shí)時(shí)進(jìn)行任務(wù)調(diào)度，大幅度提高系統(tǒng)性能，而且使用ARM Cortex-M系列微處理器相對(duì)可編程控制器、IBM兼容計(jì)算機(jī)或工業(yè)計(jì)算機(jī)等體積更小，不影響納米加工設(shè)備的總體布局，且成本較低，還具有良好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能。

優(yōu)選地，所述過(guò)程控制模塊包括分別與所述系統(tǒng)控制板電連接的壓力傳感器、溫度傳感器以及流量傳感器，所述壓力傳感器、溫度傳感器以及流量傳感器布置在納米加工設(shè)備中，實(shí)時(shí)檢測(cè)設(shè)備內(nèi)的壓力、溫度以及空氣流量等數(shù)據(jù)，通過(guò)通用輸入輸出口和光耦合隔離電路與所述系統(tǒng)控制板電連接，并反饋給所述系統(tǒng)控制板進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)控。

參見(jiàn)圖2，進(jìn)一步地，所述離子束偏轉(zhuǎn)電路和離子束加速電路分別與過(guò)流過(guò)壓保護(hù)電路電連接，保證加工設(shè)備的安全性。

在實(shí)際應(yīng)用中，所述物料輸送模塊用于進(jìn)料和出料管理，包括分別與所述系統(tǒng)控制板電連接的進(jìn)料電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、出料電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路以及位置傳感器，進(jìn)一步地，所述進(jìn)料電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路和出料電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路經(jīng)DAC接口與所述系統(tǒng)控制板電連接。

優(yōu)選地，所述人機(jī)交互模塊經(jīng)由MODBUS RTU協(xié)議與所述系統(tǒng)控制板通信，數(shù)據(jù)幀傳送之間沒(méi)有間隔，傳輸速度更快；進(jìn)一步地，所述人機(jī)交互模塊通過(guò)RS232C串口與所述系統(tǒng)控制板連接。

優(yōu)選地，所述團(tuán)簇離子束納米加工設(shè)備控制裝置還包括與所述系統(tǒng)控制板電連接的邏輯互鎖與保護(hù)電路，全面保護(hù)系統(tǒng)的安全。

在實(shí)際應(yīng)用中，所述數(shù)據(jù)采集模塊包括與系統(tǒng)控制板電連接的納米團(tuán)簇粒徑實(shí)時(shí)檢測(cè)傳感器，圖3為本實(shí)用新型提供一種納米團(tuán)簇粒徑實(shí)時(shí)檢測(cè)傳感器的原理示意圖，采用激光光強(qiáng)度測(cè)量法間接測(cè)量納米團(tuán)簇的粒徑。所述納米團(tuán)簇粒徑實(shí)時(shí)檢測(cè)傳感器具體包括：激光管控制電路1、半導(dǎo)體激光管2、第一透鏡組3、第二透鏡組5、反射鏡7、面陣CCD圖像傳感器8以及粒徑數(shù)據(jù)處理模塊9。如圖1所示，激光管控制電路1與所述半導(dǎo)體激光管2電連接，半導(dǎo)體激光管2與第一透鏡組3以及被測(cè)物體4位于同一直線光路上，第一透鏡組3、被測(cè)物體4以及第二透鏡組5共同構(gòu)成三角形光路，第二透鏡組5、反射鏡7以及面陣CCD圖像傳感器8共同構(gòu)成三角形光路，半導(dǎo)體激光管2發(fā)射的激光，依次經(jīng)過(guò)第一透鏡組3、被測(cè)物體4、第二透鏡組5、反射鏡7，至面陣CCD圖像傳感器8，粒徑數(shù)據(jù)處理模塊9與面陣CCD圖像傳感器8連接。

目前，對(duì)于納米團(tuán)簇的粒徑測(cè)量都是在加工完畢后開(kāi)展，難以保證加工后納米團(tuán)簇粒徑的一致性和穩(wěn)定性。本實(shí)用新型采用非接觸光學(xué)測(cè)量的方法，裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，檢測(cè)速度快，實(shí)時(shí)性強(qiáng)，可以布置在加工設(shè)備中，實(shí)現(xiàn)了對(duì)納米團(tuán)簇在加工過(guò)程中的實(shí)時(shí)檢測(cè)。

優(yōu)選地，所述粒徑數(shù)據(jù)處理模塊9包括粒徑數(shù)據(jù)處理控制電路以及與所述粒徑數(shù)據(jù)處理控制電路電連接的模擬前端、噪聲抑制單元、模數(shù)轉(zhuǎn)換單元、數(shù)字濾波單元、自適應(yīng)高階統(tǒng)計(jì)量加權(quán)平均單元以及三階相關(guān)峭度反卷積逆濾波器。面陣CCD圖像傳感器8接收的光強(qiáng)度信號(hào)經(jīng)模擬前端、噪聲抑制、模數(shù)轉(zhuǎn)換、數(shù)字濾波、自適應(yīng)高階統(tǒng)計(jì)量加權(quán)平均算法之后，對(duì)所述光強(qiáng)度信號(hào)的三階相關(guān)峭度反卷積逆濾波器進(jìn)行盲提取，從而輸出納米團(tuán)簇的實(shí)時(shí)粒徑信號(hào)。通過(guò)三階相關(guān)峭度反卷積逆濾波器進(jìn)行盲提取，可有效地盲提取激光位移信號(hào)和多重反射信號(hào)，具有更快的收斂速度和更高的信噪比，確保了粒徑數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

進(jìn)一步地，所述納米團(tuán)簇粒徑實(shí)時(shí)檢測(cè)傳感器數(shù)量可以為多個(gè)，本實(shí)施例中，所述納米團(tuán)簇粒徑實(shí)時(shí)檢測(cè)傳感器的數(shù)量為4個(gè)，通過(guò)對(duì)多個(gè)納米團(tuán)簇粒徑實(shí)時(shí)檢測(cè)傳感器反饋的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，保證了檢測(cè)的準(zhǔn)確性。

如圖4所示，所述納米加工控制模塊包括分別與所述系統(tǒng)控制板電連接的離子束偏轉(zhuǎn)電路（圖中未示出）和兩級(jí)加速電路11；所述離子束偏轉(zhuǎn)電路與用于實(shí)現(xiàn)物料偏轉(zhuǎn)的偏轉(zhuǎn)線圈10電連接，偏轉(zhuǎn)線圈10設(shè)置在用于納米材料加工的兩級(jí)加速腔（圖中未示出）內(nèi)，所述離子束偏轉(zhuǎn)電路向偏轉(zhuǎn)線圈10提供鋸齒波電流，產(chǎn)生徑向、線性偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)；所述兩級(jí)加速腔前端設(shè)有分離孔12，后端設(shè)有對(duì)撞孔13，所述兩級(jí)加速腔內(nèi)設(shè)有正向環(huán)形通道14和逆向環(huán)形通道15，正向環(huán)形通道14和逆向環(huán)形通道15分別在分離孔12和對(duì)撞孔13處相交；兩級(jí)加速電路11設(shè)置在所述兩級(jí)加速腔內(nèi)，為分段串接的升壓電路；物料經(jīng)所述徑向、線性偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的作用，由分離孔12進(jìn)入所述兩級(jí)加速腔，并在兩級(jí)加速電路11的作用下不斷加速，最終在對(duì)撞孔13實(shí)現(xiàn)對(duì)撞分解。

優(yōu)選地，所述納米加工控制模塊還包括用于將物料研磨成亞微米級(jí)團(tuán)簇離子游離磨料的物料預(yù)處理單元，所述物料預(yù)處理單元包括與所述系統(tǒng)控制板電連接的主軸電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，所述主軸電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路與主軸電機(jī)連接，所述主軸電機(jī)與負(fù)壓發(fā)生器連接，所述負(fù)壓發(fā)生器上徑向分布有用于研磨物料的高速合金刀具。物料在高速合金刀具的作用下，被研磨成亞微米級(jí)的團(tuán)簇離子游離磨料，以保證物料能更好地通過(guò)對(duì)撞分解成所需要的納米級(jí)材料。通過(guò)物料研磨與碰撞分解相結(jié)合的加工方式，最大限度地減少了組份偏差和物相污染。

參見(jiàn)圖5，為本實(shí)用新型提供的一種團(tuán)簇離子束納米加工設(shè)備控制裝置軟件體系結(jié)構(gòu)圖。所述系統(tǒng)控制軟件采用分層、模塊化結(jié)構(gòu)，包括物理層、MAC層和應(yīng)用層，所述物理層包括Cortex-M4標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)庫(kù)、Cortex-M4內(nèi)核庫(kù)以及嵌入式實(shí)時(shí)微型操作系統(tǒng)FreeRTOS，所述MAC層包括團(tuán)簇納米材料加工過(guò)程工藝控制庫(kù)、過(guò)程控制應(yīng)用庫(kù)以及人機(jī)交互操作接口庫(kù)，所述應(yīng)用層為團(tuán)簇納米材料加工項(xiàng)目，包括過(guò)程控制工藝任務(wù)、人機(jī)交互操作任務(wù)、數(shù)據(jù)采集任務(wù)、納米加工任務(wù)等。經(jīng)團(tuán)簇納米材料加工API，由所述嵌入式實(shí)時(shí)微型操作系統(tǒng)FreeRTOS管理并調(diào)度所述過(guò)程控制工藝任務(wù)、人機(jī)交互操作任務(wù)、數(shù)據(jù)采集任務(wù)、系統(tǒng)管理任務(wù)等。所述系統(tǒng)控制采用分層、模塊化結(jié)構(gòu)，具備優(yōu)秀的可擴(kuò)展性能、自適應(yīng)性能以及豐富的系統(tǒng)接口資源。

本實(shí)用新型還提供了一種與上述方案所述的團(tuán)簇離子束納米加工設(shè)備控制裝置對(duì)應(yīng)的控制流程，如圖6所示，具體包括以下步驟：

步驟1：對(duì)納米材料的類型、粒徑等參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，向所述系統(tǒng)控制板發(fā)送運(yùn)行指令；

步驟2：所述系統(tǒng)控制板接收所述運(yùn)行指令，實(shí)時(shí)管理并以并行處理方式調(diào)度所述人機(jī)交互模塊、過(guò)程控制模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、納米加工控制模塊以及物料輸送模塊，執(zhí)行加工工序；

步驟3：通過(guò)所述數(shù)據(jù)采集模塊實(shí)時(shí)檢測(cè)所述納米團(tuán)簇粒徑，滿足設(shè)定條件時(shí)進(jìn)行卸料。

在實(shí)際應(yīng)用中，步驟2中的加工工序具體可包括：所述系統(tǒng)控制板啟動(dòng)所述物料輸送模塊的進(jìn)料電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，完成進(jìn)料操作；啟動(dòng)所述納米加工控制模塊，完成對(duì)物料進(jìn)行預(yù)處理、偏轉(zhuǎn)、加速以及對(duì)撞等操作；在加工過(guò)程中，同時(shí)啟動(dòng)所述數(shù)據(jù)采集模塊，實(shí)時(shí)檢測(cè)所述納米團(tuán)簇粒徑，并反饋至所述系統(tǒng)控制板，當(dāng)所述納米團(tuán)簇滿足步驟1中用戶設(shè)置的條件時(shí)，停止所述加工工序，并啟動(dòng)所述物料輸送模塊進(jìn)行卸料。通過(guò)采用游離磨料預(yù)處理和納米團(tuán)簇的能量束碰撞相結(jié)合的加工方式，保證納米材料的粒徑和純度要求，最大限度地減少組份偏差和物相污染。

優(yōu)選地，實(shí)時(shí)檢測(cè)所述納米團(tuán)簇粒徑的檢測(cè)步驟包括：發(fā)射激光，照射待檢測(cè)的物料；產(chǎn)生光強(qiáng)度信號(hào)，所述光強(qiáng)度信號(hào)經(jīng)模擬前端、噪聲抑制、模數(shù)轉(zhuǎn)換、數(shù)字濾波、自適應(yīng)高階統(tǒng)計(jì)量加權(quán)平均算法之后，對(duì)所述光強(qiáng)度信號(hào)的三階相關(guān)峭度反卷積逆濾波器進(jìn)行盲提取，從而輸出納米團(tuán)簇的實(shí)時(shí)粒徑信號(hào)。通過(guò)采用激光光強(qiáng)度間接測(cè)量的方法，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)檢測(cè)納米團(tuán)簇粒徑，保證了納米團(tuán)簇粒徑的一致性和穩(wěn)定性。

應(yīng)當(dāng)理解的是，本實(shí)用新型的應(yīng)用不限于上述的舉例，對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，可以根據(jù)上述說(shuō)明加以改進(jìn)或變換，所有這些改進(jìn)和變換都應(yīng)屬于本實(shí)用新型所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。