CN101285747A - 原位纳米拉伸实验测量检测装置 - Google Patents

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原位纳米拉伸实验测量检测装置，它涉及一种拉伸实验测量检测装置。本发明解决了现有的机械性能的测量及微观形貌的检测是独立的、分离的两个过程的问题。本发明的步进电机(1)的输出轴与联轴器(2)固接，机架底板(4)上固装有导轨(7)，导轨(7)上安装有左车架组(42)和右车架组(43)，左右旋丝杠(8)的两端分别与联轴器(2)和轴承座(21)连接，力传感器(18)的左右端面分别与右夹具连接块(14)和力传感器保持架(19)固接，读数装置(44)安装在机架底板(4)上，拉伸测量装置(41)固装在检测装置的工作台(46)上。本发明促进了需要对样品在受力状态下微观形貌变化进行动态观察的研究领域的进一步发展，对纳米复合功能材料的机械性能的测量及微观形貌的检测具有重要的理论意义和良好的应用前景。

Description

原位纳米拉伸实验测量检测装置
技术领域
本发明涉及一种拉伸实验测量检测装置。
背景技术
通常对于纳米复合功能材料的机械性能的检测是采用拉伸实验的方法，通过获得实时的应力-应变曲线来分析材料的断裂特性、弹性模量等机械性能参数。纳米复合功能材料的微观形貌对其机械性能影响很大，目前主要采用扫描电子显微镜(SEM)及原子力显微镜(AFM)等手段对纳米复合功能材料的微观结构进行表征。人们从拉伸实验和微观结构检测两种实验手段得到的数据进行分析，进而优化纳米功能材料的制作工艺。在此过程中，机械性能的测量及微观形貌的检测是独立的、分离的两个过程。目前的研究结果表明，如果将两个过程合二为一，研究诸如：对材料局部裂纹的实时跟踪观察；在拉伸过程中，复合材料中不同相之间断裂或脱离分开的状态及规律；材料局部微观结构的变化的观测等一系列相关问题，不但可以进一步优化纳米复合材料的加工制作工艺过程，还能够从机理上深入理解复合材料的失效机理等理论问题。然而这些问题的研究都需要动态观察样件在受力状态下微观形貌的变化。因此制约这个领域的发展的根源在于缺乏一种方便易行的在加载过程中能够测量微观形貌的合二为一的测量检测技术。因此，设计一种机械性能的测量及微观形貌的检测两个过程合二为一的测量检测装置成为亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有的机械性能的测量及微观形貌的检测是独立的、分离的两个过程的问题，进而提供一种原位纳米拉伸实验测量检测装置。
本发明的技术方案是：原位纳米拉伸实验测量检测装置由检测装置和拉伸测量装置组成，所述检测装置由检测系统和工作台组成，所述检测系统旋于工作台的上方；所述拉伸测量装置包括步进电机、联轴器、机架侧板、机架底板、导轨、左右旋丝杠、左车架组、左夹具、右夹具、右夹具连接块、右车架组、力传感器、力传感器保持架、轴承座、读数装置、参考器支架、光栅尺和参考器，所述左右旋丝杠的左侧为右旋丝，左右旋丝杠的右侧为左旋丝，所述机架底板的左端面上固装有机架侧板，所述机架侧板的左端面上固装有步进电机，步进电机的输出轴穿过机架侧板的安装孔与联轴器固接，所述机架底板的前后凸台的上端面上固装有导轨，所述导轨的左右两端分别安装有左车架组和右车架组，所述左车架组的左滑块和右车架组的右滑块与导轨滑动配合，所述左右旋丝杠的右旋丝端穿过左车架组与联轴器固接，左右旋丝杠的左旋丝端穿过右车架组与轴承座滑动连接，所述左右旋丝杠的两端分别与左车架组的左法兰丝母和右车架组的右法兰丝母螺纹连接，所述左夹具安装在左车架组的左车架的凹槽内，所述右夹具连接块安装在右车架组的右车架的凹槽内，所述右夹具安装在右夹具连接块的凹槽内，所述右车架组的右车架的右端面上固装有力传感器保持架，所述力传感器的左右端面分别与右夹具连接块和力传感器保持架固接，所述参考器支架固装在右车架组的右车架的上端面上，所述参考器固装在参考器支架的凸沿的下端面上，所述光栅尺固装在右车架组的右车架的前端面上，所述读数装置安装在机架底板右端的前端面上；所述拉伸测量装置固装在检测装置的工作台上。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：本发明将机械性能的测量及微观形貌的检测两个独立的、分离的过程有机结合，本发明促进了需要对样品在受力状态下微观形貌变化进行动态观察的研究领域的进一步发展，如薄膜材料的失效机理研究、生物材料在受力过程中的形态变化以及其它微小零部件的失效机理分析等领域。综上所述，本发明对纳米复合功能材料的机械性能的测量及微观形貌的检测具有重要的理论意义和良好的应用前景。
附图说明
图1是拉伸测量装置的立体图，图2是本发明的整体结构主视图示意图，图3是拉伸测量装置的俯视图，图4是图3的A-A剖视图，图5是图4的B向视图，图6是图4的C-C局部剖面图，图7是图4的D-D局部剖面图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1～图7说明本实施方式，本实施方式由检测装置和拉伸测量装置41组成，所述检测装置由检测系统45和工作台46组成，所述检测系统45旋于工作台46的上方；其特征在于所述拉伸测量装置41包括步进电机1、联轴器2、机架侧板3、机架底板4、导轨7、左右旋丝杠8、左车架组42、左夹具11、右夹具13、右夹具连接块14、右车架组43、力传感器18、力传感器保持架19、轴承座21、读数装置44、参考器支架30、光栅尺31和参考器34，所述左右旋丝杠8的左侧为右旋丝，左右旋丝杠8的右侧为左旋丝，所述机架底板4的左端面上固装有机架侧板3，所述机架侧板3的左端面上固装有步进电机1，所述步进电机1的输出轴1-1穿过机架侧板3的安装孔3-1与联轴器2固接，所述机架底板4的前后凸台4-1的上端面上固装有导轨7，所述导轨7的左右两端分别安装有左车架组42和右车架组43，所述左车架组42的左滑块16和右车架组43的右滑块33与导轨7滑动配合，所述左右旋丝杠8的右旋丝端穿过左车架组42与联轴器2固接，左右旋丝杠8的左旋丝端穿过右车架组43与轴承座21滑动连接，所述左右旋丝杠8的两端分别与左车架组42的左法兰丝母12和右车架组43的右法兰丝母23螺纹连接，所述左夹具11安装在左车架组42的左车架9的凹槽9-1内，所述右夹具连接块14安装在右车架组43的右车架17的凹槽17-1内，所述右夹具13安装在右夹具连接块14的凹槽14-1内，所述右车架组43的右车架17的右端面上固装有力传感器保持架19，所述力传感器18的左右端面分别与右夹具连接块14和力传感器保持架19固接，所述参考器支架30固装在右车架组43的右车架17的上端面上，所述参考器34固装在参考器支架30的凸沿30-1的下端面上，所述光栅尺31固装在右车架组43的右车架17的前端面上，所述读数装置44安装在机架底板4右端的前端面上；所述拉伸测量装置41固装在检测装置的工作台46上。所述步进电机1为外购件，由德国百格拉(BERGELAR)生产，型号为VRDM364LHA；所述联轴器2为外购件，由北京阿沃德公司生产，型号为AWD6.35mm-10mm；所述力传感器18为外购件，由美国Transcell Technology Inc生产，型号为Load CellBAB-5M；所述光栅尺31为外购件，由英国雷尼绍(Renishaw)生产，型号为RGS20-S。
具体实施方式二：结合图1～图4和图6说明本实施方式，本实施方式的左车架组42由左滑块16、左车架9、左丝母支座10和左法兰丝母12组成，所述左法兰丝母12的外壁上固装有左丝母支座10，所述左丝母支座10固装在左车架9的下端面上，所述左车架9固装在左滑块16的上端面上。如此设置，左车架组42运行更平稳。其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：结合图1～图4和图7说明本实施方式，本实施方式的右车架组43由右滑块33、右车架17、右丝母支座22和右法兰丝母23组成，所述右法兰丝母23的外壁上固装有右丝母支座22，所述右丝母支座22固装在右车架17的下端面上，所述右车架17固装在右滑块33的上端面上。如此设置，右车架组43运行更平稳。其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式四：结合图1～图3和图5说明本实施方式，本实施方式的读数装置44由读数头支撑板28、读数头29和读数头支撑架32组成，所述读数头支撑架32固装在机架底板4右端的前端面上，所述读数头支撑板28固装在读数头支撑架32的上端面上，所述读数头29固装在读数头支撑板28的上端面上。所述读数头29为外购件，由英国雷尼绍(Renishaw)生产，型号为RGH24Y30F30A。如此设置，读数装置44运行更平稳。其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式五：结合图2说明本实施方式，本实施方式的检测装置采用的是CCD系统或AFM系统。CCD系统为外购件，由北京大恒公司生产，型号为DH-HV2002UC；AFM系统为外购件，由美国Veeco公司生产，型号为Dimension 3100。如此设置，可达到不同的检测精度。其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式六：结合图1～图4说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一的不同点在于，拉伸测量装置41还增加有丝杠支撑座6，所述丝杠支撑座6固装在联轴器2与左车架组42之间的机架底板4上，且丝杠支撑座6与左右旋丝杠8滑动配合。如此设置，左右旋丝杠8运行更平稳。其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式七：结合图1～图4说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一或六的不同点在于，拉伸测量装置41还增加有L形机架侧板连接块5，所述L形机架侧板连接块5的底板5-1固装在机架底板4的前后凸台4-1的上端面上，所述L形机架侧板连接块5的立板5-2固装机架侧板3的右端面上。如此设置，加固了机架侧板3与机架底板4的连接。其它组成和连接关系与具体实施方式一或六相同。
具体实施方式八：结合图2、图4和图5说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式七的不同点在于，拉伸测量装置41还增加有左连接块25和右连接块24，所述左连接块25穿过机架底板4的左安装孔4-2安装在机架底板4上，所述右连接块24穿过机架底板4的右安装孔4-3安装在机架底板4上。如此设置，便于安装。其它组成和连接关系与具体实施方式七相同。
具体实施方式九：结合图2～图4说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式八的不同点在于，拉伸测量装置41还增加有两个垫片15，所述两个垫片15分别安装在右夹具连接块14与力传感器18之间和力传感器保持架19与力传感器18之间。如此设置，便于调整。其它组成和连接关系与具体实施方式八相同。
结合图1和图7说明本发明的工作原理：检测样品通过左夹具11和右夹具13固装在左车架9和右车架17上，启动步进电机1，步进电机1通过联轴器2驱动左右旋丝杠8，通过左法兰丝母12和右法兰丝母23将左右旋丝杠8的旋转运动转换为左车架组42和右车架组43的直线运动，从而带动检测样件以相同的速度向相反方向运动，实现对检测样件的拉伸，并实现拉伸过程中相同的中心点位置，以保证可以检测同一点处的微观形貌，同时力传感器18测量拉伸过程中的应力变化，光栅尺31和读数头29测量左法兰丝母12和右法兰丝母23的直线位移，所得的信息用于检测样品的机械性能的分析。

Claims (9)

1、一种原位纳米拉伸实验测量检测装置，它由检测装置和拉伸测量装置(41)组成，所述检测装置由检测系统(45)和工作台(46)组成，所述检测系统(45)旋于工作台(46)的上方；其特征在于所述拉伸测量装置(41)包括步进电机(1)、联轴器(2)、机架侧板(3)、机架底板(4)、导轨(7)、左右旋丝杠(8)、左车架组(42)、左夹具(11)、右夹具(13)、右夹具连接块(14)、右车架组(43)、力传感器(18)、力传感器保持架(19)、轴承座(21)、读数装置(44)、参考器支架(30)、光栅尺(31)和参考器(34)，所述左右旋丝杠(8)的左侧为右旋丝，左右旋丝杠(8)的右侧为左旋丝，所述机架底板(4)的左端面上固装有机架侧板(3)，所述机架侧板(3)的左端面上固装有步进电机(1)，所述步进电机(1)的输出轴(1-1)穿过机架侧板(3)的安装孔(3-1)与联轴器(2)固接，所述机架底板(4)的前后凸台(4-1)的上端面上固装有导轨(7)，所述导轨(7)的左右两端分别安装有左车架组(42)和右车架组(43)，所述左车架组(42)的左滑块(16)和右车架组(43)的右滑块(33)与导轨(7)滑动配合，所述左右旋丝杠(8)的右旋丝端穿过左车架组(42)与联轴器(2)固接，左右旋丝杠(8)的左旋丝端穿过右车架组(43)与轴承座(21)滑动连接，所述左右旋丝杠(8)的两端分别与左车架组(42)的左法兰丝母(12)和右车架组(43)的右法兰丝母(23)螺纹连接，所述左夹具(11)安装在左车架组(42)的左车架(9)的凹槽(9-1)内，所述右夹具连接块(14)安装在右车架组(43)的右车架(17)的凹槽(17-1)内，所述右夹具(13)安装在右夹具连接块(14)的凹槽(14-1)内，所述右车架组(43)的右车架(17)的右端面上固装有力传感器保持架(19)，所述力传感器(18)的左右端面分别与右夹具连接块(14)和力传感器保持架(19)固接，所述参考器支架(30)固装在右车架组(43)的右车架(17)的上端面上，所述参考器(34)固装在参考器支架(30)的凸沿(30-1)的下端面上，所述光栅尺(31)固装在右车架组(43)的右车架(17)的前端面上，所述读数装置(44)安装在机架底板(4)右端的前端面上；所述拉伸测量装置(41)固装在检测装置的工作台(46)上。
2、根据权利要求1所述原位纳米拉伸实验测量检测装置，其特征在于所述左车架组(42)由左滑块(16)、左车架(9)、左丝母支座(10)和左法兰丝母(12)组成，所述左法兰丝母(12)的外壁上固装有左丝母支座(10)，所述左丝母支座(10)固装在左车架(9)的下端面上，所述左车架(9)固装在左滑块(16)的上端面上。
3、根据权利要求1所述原位纳米拉伸实验测量检测装置，其特征在于所述右车架组(43)由右滑块(33)、右车架(17)、右丝母支座(22)和右法兰丝母(23)组成，所述右法兰丝母(23)的外壁上固装有右丝母支座(22)，所述右丝母支座(22)固装在右车架(17)的下端面上，所述右车架(17)固装在右滑块(33)的上端面上。
4、根据权利要求1所述原位纳米拉伸实验测量检测装置，其特征在于所述读数装置(44)由读数头支撑板(28)、读数头(29)和读数头支撑架(32)组成，所述读数头支撑架(32)固装在机架底板(4)右端的前端面上，所述读数头支撑板(28)固装在读数头支撑架(32)的上端面上，所述读数头(29)固装在读数头支撑板(28)的上端面上。
5、根据权利要求1所述原位纳米拉伸实验测量检测装置，其特征在于所述检测装置采用的是CCD系统或AFM系统。
6、根据权利要求1所述原位纳米拉伸实验测量检测装置，其特征在于所述拉伸测量装置(41)还包括丝杠支撑座(6)，所述丝杠支撑座(6)固装在联轴器(2)与左车架组(42)之间的机架底板(4)上，且丝杠支撑座(6)与左右旋丝杠(8)滑动配合。
7、根据权利要求1或6所述原位纳米拉伸实验测量检测装置，其特征在于所述拉伸测量装置(41)还包括L形机架侧板连接块(5)，所述L形机架侧板连接块(5)的底板(5-1)固装在机架底板(4)的前后凸台(4-1)的上端面上，所述L形机架侧板连接块(5)的立板(5-2)固装机架侧板(3)的右端面上。
8、根据权利要求7所述原位纳米拉伸实验测量检测装置，其特征在于所述拉伸测量装置(41)还包括左连接块(25)和右连接块(24)，所述左连接块(25)穿过机架底板(4)的左安装孔(4-2)安装在机架底板(4)上，所述右连接块(24)穿过机架底板(4)的右安装孔(4-3)安装在机架底板(4)上。
9、根据权利要求8所述原位纳米拉伸实验测量检测装置，其特征在于所述拉伸测量装置(41)还包括两个垫片(15)，所述两个垫片(15)分别安装在右夹具连接块(14)与力传感器(18)之间和力传感器保持架(19)与力传感器(18)之间。
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