Studentská tvůrčí a odborná činnost STOČ 2011



Podobné dokumenty
Metrologické zabezpečení mikronových a submikronových posuvů

Vyšší odborná škola a Střední škola Varnsdorf, příspěvková organizace. Šablona 01 VY 32 INOVACE

BR A XL BLUE RAY a.s. All rights reserved

Studentská tvůrčí a odborná činnost STOČ 2012

PROSTŘEDKY AUTOMATICKÉHO ŘÍZENÍ Úloha č. 3 Dálková správa s využitím WIFI technologie

VRTÁNÍ A KONTROLA DESEK PLOŠNÝCH SPOJŮ

Automation and Drives. Motion Control Funkce

Obsahem ţádosti o jmenování zkušebním komisařem musí být:

EVIDENČNÍ FORMULÁŘ. FTVS-UK evidence VaV výsledků nepodléhající řízení o zápisu u ÚPV v Praze

drylin E Posuvné stoly a aktuátory s motorem

Číslo projektu: CZ.1.07/1.5.00/ Název projektu: Inovace a individualizace výuky Autor: Mgr. Martin Fryauf Název materiálu: Balistika Označení

13. NASTAVENÍ PARAMETRŮ SERVOPOHONŮ A JEJICH ŘÍZENÍ PLC PROGRAMEM

VRTÁNÍ A KONTROLA DESEK PLOŠNÝCH SPOJŮ

SOFTWARE PRO ANALÝZU LABORATORNÍCH MĚŘENÍ Z FYZIKY

ZPRACOVÁNÍ NEURČITÝCH ÚDAJŮ V DATABÁZÍCH

Název DUM: VY_32_INOVACE_2B_16_ Tvorba_grafů_v_MS_Excel_2007

ZÁKLADY ROBOTIKY Pohony a věci s tím související

MULTICUT Line. 500i / 630. Multifunkční soustružnicko-frézovací obráběcí centrum.

2 Základy práce v matematickém programu Sage

VYHLÁŠKA. Ministerstva průmyslu a obchodu. ze dne 26. července 2002,

Ing. Ladislav Musil ČVUT FEL v Praze, Katedra Elektroenergetiky, Technická 2, Praha 6 Tel.: musill@fel.cvut.

Ovládání RC modelu pomocí Wi-fi. Pavel Valenta

KONTROLA PŘESNOSTI VÝROBY S VYUŽITÍM MATLABU

Přijímací odborná zkouška pro NMgr studium 2015 Letecká a raketová technika Modul Raketová technika

VÝUKA PČ NA 2. STUPNI základy technického modelování. Kreslící a modelovací nástroje Sledovat; Změnit měřítko

TMV-1350A/ 1600A CNC vertikální obráběcí centrum

Programovací stanice itnc 530

CNC ostrící centrum model UW I D s 5 soucasne rízenými osami

KONKURENCESCHOPNOST na všech frontách NOVÝ ROBOT od TOSHIBA MACHINE pro každé použití

VIRTUALBOX INSTALACE OS

2015 BLUE RAY a.s. All rights reserved

GEOGRAFICKÉ INFORMAČNÍ SYSTÉMY

Obsluha měřicích zařízení kontaktní metody

TMV 720A. CNC vertikální obráběcí centrum

Název školy: Střední odborná škola stavební Karlovy Vary Sabinovo náměstí 16, Karlovy Vary Autor: Hana Turoňová Název materiálu:

ANALÝZA MĚŘENÍ TVARU VLNOPLOCHY V OPTICE POMOCÍ MATLABU

Ing. Martin Šindelář. Téma disertační práce: SLEDOVÁNÍ TECHNICKÉHO STAVU ZÁVĚSU KOLA VOZIDLA. Školitel: Doc. Ing. Ivan Mazůrek CSc.

I. STEJNOSMĚ RNÉ OBVODY

III/2 Inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT. Pracovní list č.6 k prezentaci Úprava tlakového vzduchu

Základní popis stroje

GEODATA PRO 3D MODEL PORUBSKÉHO AREÁLU VŠB-TUO BUDOVA NK

Elektronické obvody analýza a simulace

MONITOROVÁNÍ SVAŘOVACÍHO PROCESU, OVĚŘENÍ TEPLOT NUMERICKÉ SIMULACE SVAŘOVACÍHO PROCESU POMOCÍ WIS (WELDING INFORMATION SYSTEM)

Laboratoř řídicích systémů EB306

GENERÁTOR NEHARMONICKÝCH PRŮBĚHU 303-4R

spsks.cz Část druhá - Praxe Technologie řízení robotického ramena Zpracováno v rámci projektu CZ.1.07/3,2, 10/ financovaného z fondů EU

ZÁKLADNÍ VLASTNOSTI OPTICKÉHO VLÁKNA

Obsah. Seznámení s prostředím Excelu. Poděkování 25 O přiloženém CD 26 Co je na CD 26 Použití CD 26 Systémové požadavky 26 Podpora 27

Strojní, nástrojařské a brusičské práce broušení kovů. Základní metody broušení závitů

ČESKÝ STŘELECKÝ SVAZ. Příručka pro rozhodčí na střelišti. pistolové disciplíny

Konfigurace řídicího systému technikou Hardware In The Loop

DIGITÁLNÍ INDIKÁTOR POLOHY XY DSDRO2M (DROII-2M) Stránka 1 z 54

Technická mechanika - Statika

Informační a komunikační technologie

Střední průmyslová škola a Vyšší odborná škola, Hrabákova 271, Příbram. III / 2 = Inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT

Využití ICT pro rozvoj klíčových kompetencí CZ.1.07/1.5.00/

REZISTIVNÍ DOTYKOVÉ OBRAZOVKY A VYUŽITÍ V UNIVERZÁLNÍM REGULÁTORU Resistive Touch Screens and Usage in a Universal Controller

HPGL kontrolér pro plotr verze 1.0

7. ODE a SIMULINK. Nejprve velmi jednoduchý příklad s numerických řešením. Řešme rovnici

Princip inkoustového tisku

Digitální video mikroskop navržený pro flexibilní kontrolu, řízení jakosti, měření a digitální záznam.

Inovace výuky prostřednictvím ICT v SPŠ Zlín, CZ.1.07/1.5.00/ Vzdělávání v informačních a komunikačních technologií

ANGLICKÝ VÝROBCE DIGITÁLNÍHO ODMĚŘOVÁNÍ POLOHY S 10 LETOU ZÁRUKOU NA LINEÁRNÍ STUPNICE

Optické měřicí 3D metody

POLOHOVÁNÍ ULTRAZVUKOVÉHO SENZORU

MATEMATIKA / 1. ROČNÍK. Strategie (metody a formy práce)

Část 1. - Technická specifikace a další údaje k nákupu střeliva pro CS 2011

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

TGZ. 2-osé digitální servozesilovače

LINEÁRNÍ JEDNOTKY LJHR ECO

Reostat, potenciometr

Michael Deckel. Broušení nástroju je naše záležitost

UNIVERZITA PARDUBICE Fakulta chemicko-technologická Katedra analytické chemie Nám. Čs. Legií 565, Pardubice

PRAKTIKUM... Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. Odevzdal dne: Seznam použité literatury 0 1. Celkem max.

Ovladač příslušenství - XbusTCO

Horizontální obráběcí centra

Název DUM: VY_32_INOVACE_2B_15_Základy_práce_v_tabulkovém_editoru_EXCEL_2007

VYSOKÁ ŠKOLA BÁŇSKÁ TECHNICKÁ UNIVERZITA OSTRAVA ATMOSFÉRICKÉ A TOPOGRAFICKÉ KOREKCE DIGITÁLNÍHO OBRAZU ZE SYSTÉMU SPOT 5 V HORSKÝCH OBLASTECH

Projekt integrace výzkumu a vývoje CERADA. Ing. Jan Malinovský, Ph.D.

Střední odborná škola a Střední odborné učiliště, Hradec Králové, Vocelova 1338, příspěvková organizace

Inovace výuky prostřednictvím šablon pro SŠ

Cíle. Stručná anotace. Harmonogram aktivity. sou. Doporučený ročník: 1. Demonstrace shodných zobrazení v rovině.

METODICKÁ POMŮCKA. pro práci v IS ARGIS / HM DODAVATELÉ (PODDODAVATELÉ) MOBILIZAČNÍCH DODÁVEK

PŘEHLED KLASICKÝCH A MODERNÍCH MIKROSKOPICKÝCH METOD

Korozní mapy ČR. Uživatelský manuál. Kateřina Kreislová, Lukáš Pacák, Jaroslav Skořepa, Hana Geiplová, Zdeněk Barták

Instrumentovaný Mikroindentor

TGZ. 2-osé digitální servozesilovače

cnc obráběcí centrum dynamic

ČOS vydání Oprava 1 ČESKÝ OBRANNÝ STANDARD PROTITANKOVÉ GRANÁTOMETY. METODY ZKOUŠENÍ ŽIVOTNOSTI A PEVNOSTI PŘI PÁDECH A PŘEPRAVĚ.

Problematika disertační práce a současný stav řešení. Filip Hort

Gravitační pole manuál Jan Hrnčíř, Martin Klejch, Gravitační pole. Využití multimédií při výuce fyziky. Manuál k multimediální prezentaci

4a. Základy technického měření (měření trhlin)

Movie maker výroba pásma fotografií - filmu (pracovní list)

ZLÍNSKÝ KRAJ. Obchodní akademie, Vyšší odborná škola a Jazyková škola s právem státní jazykové zkoušky Uherské Hradiště

Sonoluminiscence. Matěj Petráček Fyzikální seminář II

Téma 5. Ovladače přístrojů Instrument Drivers (ID)

PROVOZNÍ ŘÁD STŘELNICE PATRIOT

Střední průmyslová škola Zlín

Robotický manipulátor

Transkript:

Studentská tvůrčí a odborná činnost STOČ 2011 SKENOVACÍ MIKROSKOPIE Josef KUDĚLKA, Tomáš MARTÍNEK Univerzita Tomáše Bati ve Zlínějak Fakulta aplikované informatiky Nad Stráněmi 4511 760 05 Zlín 5. května 2011 VŠB Technická univerzita Ostrava

Klíčová slova: Skenovaní mikroskopie, metrologie, servomotor, MatLab, Mathematica, kriminalistická balistická expertiza. Anotace: Tato práce navazuje na naše výsledky prezentované na STOČ 2010. Zabýváme se principy zobrazování morfologií povrchů a hlavně možností realizace měřící aparatury skenovacího mikroskopu, jenž bude schopen zobrazovat povrch vzorků pomocí skenovacího hrotu. 2

Obsah 1. Úvod do skenovací mikroskopie...4 1.1 Mercury M-110 1DG...4 1.2 Mercury C-862...5 2. Řízení a sběr dat...5 3. Skenování vybraných povrchových struktur...7 3.1 Vrchní část pětikoruny...7 3.2 Nula na jednokorunové minci...9 3.3 Tlapa lva na dvoukorunové minci...11 4. Zaměření na bezpečnostní technologie...13 5. Piezoelektrická metoda...15 Seznam použité literatury...17 Seznam obrázků...18 Seznam tabulek...19 3

1. Úvod do skenovací mikroskopie Mikroskopie skenující sondou je soubor metod založených na přiblížení mechanické sondy k povrchu v kolmém směru. Sonda má při zkoumání buď přímý kontakt s povrchem nebo je v jeho těsné blízkosti. Skenování povrchu lze zajistit buďto pohybem sondy nebo pohybem vzorku. Jako skenovaní sonda byl využit stacionární hrot, zatímco zkoumaný vzorek byl umístěn na pohyblivé soustavě tří servomotorů Mercury M-110 1 DG. Každý servomotor sloužil pro posuv v jedné z os X, Y a Z a byl řízen pomocí krokového ovladače Mercury C-862. Krokové ovladače byly propojeny přes rozhraní RS-232 s počítačem. Obrázek 1.: Blokové schéma soustavy submikronových posuvů 1.1 Mercury M-110 1DG Mercury M-110 je servomotor s velmi vysokým pohybovým rozlišením umožňující lineární pohyb v rozsahu 5mm. Na rozdíl od běžných motorů umožňuje nastavení přesné polohy osy. Výrobce garantuje rozlišovací schopnost 0,5 µm ale minimální možný posuv je několikanásobně menší. Maximální rychlost je 1 mm/s. Výhodou je možnost kombinace několika M-110 a možnost pohybu ve více osách. Obrázek 2.: Mercury M-110 1DG ve srovnání s 9 V baterií 4

1.2 Mercury C-862 Servomotory Mercury jsou ovládány přes krokové ovladače Mercury C-862. Tyto krokové ovladače slouží k flexibilnímu řízení pohybů servomotorů. Každý ovladač může ovládat pouze jeden motor. Tyto ovladače se dají vzájemně propojovat, čímž je umožněno ovládat až šestnáct servomotorů. Pohyb posuvů je realizován odesíláním a přijímáním textových řetězců obsahujících identifikační a řídící znaky přes port RS-232 mezi počítačem a krokovými ovladači C-862. Obrázek 3.: Krokový ovladač Mercury C-862 2. Řízení a sběr dat Společnost Physik Instrumente dodává program Mercury Motor Conroller, s kterým můžeme snadno posílat příkazy dle manuálu a ovládat pomocí nich servomotory. Tento program ovšem není dostatečně flexibilní a nezprostředkovává zpětnou vazbu. Proto jsme vytvořili vlastní program ve vývojovém prostření MatLab R2009b. MatLab je programové prostředí a skriptovací jazyk pro vědeckotechnické numerické výpočty, návrhy algoritmů, analýzu, prezentaci dat a pro měření a zpracování signálu Pro vyhodnocení kontaktu mezi hrotem a zkoumaným vzorkem jsme využili DMM Hewlett Packard 34401A ovládaný přes rozhraní GPIB. Obrázek 4.: Měření odporu vedení Znázorněný spínač byl realizován skenovacím hrotem a samotným vodivým vzorkem. Při poklesu hodnoty odporu vedení na velikost rezistoru R 2 byl vyhodnocen kontakt. 5

Obrázek 5.: Použitý skenovací algoritmus Princip programu je velice jednoduchý. Jde v podstatě o tři provázané cyklické funkce. První zajišťuje pohyb po řádcích (osa X), druhá po sloupcích (osa Y) a třetí zajišťuje kontakt mezi skenovacím hrotem a vzokem (osa Z). Po vyhodnocení kontaktu program vypíše aktuální souřadnice ve formátu {X,Y,Z}, na obrazovku kvůli pozdějšímu zpracování v programu Wolfram Mathematica 7. Poté program pomocí servomotorů oddálí vzorek od hrotu a pokračuje na další bod v řádku rastru. Po dokončení všech bodů na řádku se vzorek přesune na jeho začátek a posune se do dalšího sloupce rastru. Obrázek 6.: Skenovací rastr Po dokončení všech bodů skenování se hrot opět oddálí od vzorku a měření je ukončeno. 6

3. Skenování vybraných povrchových struktur 3.1 Vrchní část pětikoruny První měření sloužilo převážně k ověření funkčnosti měřící soustavy a algoritmu. Měření bylo provedeno s následujícími parametry: Obrázek 7.: Mince 5 Kč se znázorněnou oblastí skenování Velikost kroku rastru 12000 countů = 240 µm Přibližovací krok 150 countů = 3 µm Velikost rastru 25x25 bodů Doba měření 20 hodin Tabulka 1.: Parametry měření pro minci 5 Kč 7

Obrázek 8.: Vizualizace skenované oblasti Obrázek 9.: Vizualizace skenované oblasti horní pohled 8

3.2 Nula na jednokorunové minci Při dalších měřeních jsme zjišťovali rozlišovací schopnost celé aparatury. Obrázek 10.: Mince 1 Kč se znázorněnou oblastí skenování Velikost kroku rastru 3000 countů = 60 µm Přibližovací krok 100 countů = 2 µm Velikost rastru 36x36 bodů Doba měření 40 hodin Tabulka 2.: Parametry měření pro minci 1 Kč 9

Obrázek 11.: Vizualizace skenované oblasti horní pohled Obrázek 12.: Vizualizace skenované oblasti 10

3.3 Tlapa lva na dvoukorunové minci Obrázek 13.: Mince 2 Kč se znázorněnou oblastí skenování Velikost kroku rastru 3000 countů = 60 µm Přibližovací krok 100 countů = 2 µm Velikost rastru 45x90 bodů Doba měření 50 hodin Tabulka 3.: Parametry měření pro minci 2 Kč 11

Obrázek 14.: Vizualizace skenované oblasti horní pohled Obrázek 15.: Vizualizace skenované oblasti 12

4. Zaměření na bezpečnostní technologie Prezentované metody mohou najít uplatnění v jakékoliv analyticko-bezpečnostní aplikaci. Příkladem může být kriminalistická balistická expertiza. Kriminalistická balistika se zabývá mechanismem výstřelu, pohybem střely v hlavni zbraně, dráhou střely při letu na cíl a účinky střely v cíli. Objekty zkoumání kriminalistické balistiky jsou střelné zbraně, jejichž pomocí lze dopravit střelu na cíl. Druhou skupinu tvoří střelivo všech druhů a jeho jednotlivé části, především vystřelené střely a nábojnice. Třetí skupinu tvoří předměty zasažené střelou a povýstřelové zplodiny. Mezi základní otázky patří ztotožnění zbraně, kterou na místě události pachatel použil ke střelbě - individuální identifikace, založená na axiomu, že součástky zbraně, které jsou při výstřelu v kontaktu se střelou a nábojnicí, zanechávají na jejich povrchu markanty, které jsou jednoznačným odrazem mikronerovnosti kontaktovaného povrchu. Pro názornou ukázku bylo provedeno měření vystřelené nábojnice ráže 9x19 mm se středovým zápalem (vzor 48). Obrázek 16.: Nábojnice ráže 9x19 mm 13

Obrázek 17.: Vizualizace skenované oblasti horní pohled Obrázek 18.: Vizualizace skenované oblasti profil 14

5. Piezoelektrická metoda Nevýhodou výše uvedené metody je omezení skenování pouze na vodivé struktury. Proto jsme se inspirovali v audiotechnice využili jsme gramofonovou krystalovou přenosku. Obrázek 19.: Piezoelektrická metoda skenování minci. Z důvodu srovnání obou metod jsme si jako vzorek vybrali opět jednokorunovou Obrázek 20.: Mince 1 Kč se znázorněnou oblastí skenování Velikost kroku rastru 7000 countů = 140 µm Přibližovací krok 100 countů = 2 µm Velikost rastru 17x17 bodů Doba měření 10 hodin Tabulka 4.: Parametry měření piezoelektrickou metodou 15

Obrázek 21.: Vizualizace skenované oblasti S touto metodou zatím nedosahujeme tak přesných výsledků jako s metodou předešlou. Pracujeme na jejím zdokonalení. 16

Seznam použité literatury [1] MARTÍNEK, Tomáš. Impedanční skenovací mikroskopie. Zlín, 2011. Bakalářská práce. Universita Tomáše Bati, Fakulta aplikované informatiky. [2] KUDĚLKA, Josef. Metrologické zabezpečení mikronových a submikronových posuvů. Zlín, 2011. Bakalářská práce. Universita Tomáše Bati, Fakulta aplikované informatiky. [3] KUDĚLKA, Josef; MARTÍNEK, Tomáš. Studium a vytváření struktur v submikrometrovové oblasti. Studentská tvůrčí a odborná činnost. Zlín : Univerzita Tomáše Bati ve Zlíně, Fakulta aplikované informatiky, 2010. s. 14. [4] MACHALA, Libor, et al. Mikroskopie skenující sondou [online]. Olomouc : Univerzita Palackého Olomouc, 2003 [cit. 2011-02-23]. Dostupné z WWW: <http://atmilab.upol.cz/mss/>. [5] Theory and Simulation of SPM [online]. [200?] [cit. 2011-03-01]. Dostupné z WWW: <http://invsee.asu.edu/nmodules/spmmod/>. [6] KUBÍNEK, Roman. Rastrovací sondová mikroskopie [online]. [s.l.] : Katedra experimentální fyziky Přírodovědecké fakulty v Olomouci, 2000 [cit. 2011-03-01]. Dostupné z WWW: <http://exfyz.upol.cz/bf/predn/exp_met1/rsm/>. [7] MP 41E User Manual : M-110, M-111, M-112 Micro Translation Stages. 3.1.2. Karlsruhe : Physik Instrumente, 2004. 19 s. [8] MS 74E User Manual : Mercury C-862, Networkable Single-Axis DC-Motor Controller. 8.41. Karlsruhe : Physik Instrumente, 2004. 59 s. [9] PZ 99E User Manual : E-664 Position Servo Controller. 1.0.4. Karlsruhe : Physik Instrumente, 2003. 19 s. [10] When Semiconductors Go Nano [online]. 2003 [cit. 2011-03-22]. Science & Technology. Dostupné z WWW: <https://www.llnl.gov/str/november03/vanbuuren.html>. [11] P-611.3 NanoCube XYZ Piezo Stage [online]. [s.l.] : Physik Instrumente, 2009 [cit. 2011-03-24]. Dostupné z WWW: <http://www.physikinstrumente.com/en/pdf/p611_3_datasheet.pdf>. [12] MP41E M-11x Micro-translation stage User Manual. 4.0.0. Karlsruhe : Physik Instrumente, 2011. 48 s. [13] MS 74E User Manual C-862 Mercury DC-Motor Controller. 8.4.3. Karlsruhe : Physik Instrumente, 2005. 86 s. [14] XYZ-stage [online]. 2011 [cit. 2011-03-24]. XYZ Stages, XY, Multi-Axis and 6-Axis Stages. Dostupné z WWW: <http://www.xyz-stage.com/>. 17

Seznam obrázků Obrázek 1.: Blokové schéma soustavy submikronových posuvů... 4 Obrázek 2.: Mercury M-110 1DG ve srovnání s 9 V baterií... 4 Obrázek 3.: Krokový ovladač Mercury C-862... 5 Obrázek 4.: Měření odporu vedení... 5 Obrázek 5.: Použitý skenovaní algoritmus... 6 Obrázek 6.: Skenovaní rastr... 6 Obrázek 7.: Mince 5 Kč se znázorněnou oblastí skenování... 7 Obrázek 8.: Vizualizace skenované oblasti... 8 Obrázek 9.: Vizualizace skenované oblasti horní pohled... 8 Obrázek 10.: Mince 1 Kč se znázorněnou oblastí skenování... 9 Obrázek 11.: Vizualizace skenované oblasti horní pohled... 10 Obrázek 12.: Vizualizace skenované oblasti... 10 Obrázek 13.: Mince 2 Kč se znázorněnou oblastí skenování... 11 Obrázek 14.: Vizualizace skenované oblasti horní pohled... 12 Obrázek 15.: Vizualizace skenované oblasti... 12 Obrázek 16.: Nábojnice ráže 9x19 mm... 13 Obrázek 17.: Vizualizace skenované oblasti horní pohled... 14 Obrázek 18.: Vizualizace skenované oblasti profil... 14 Obrázek 19.: Piezoelektrická metoda skenování... 15 Obrázek 20.: Mince 1 Kč se znázorněnou oblastí skenování... 15 Obrázek 21.: Vizualizace skenované oblasti... 16 18

Seznam tabulek Tabulka 1.: Parametry měření pro minci 5 Kč... 7 Tabulka 2.: Parametry měření pro minci 1 Kč... 9 Tabulka 3.: Parametry měření pro minci 2 Kč... 11 Tabulka 4.: Parametry měření piezoelektrickou metodou... 15 19