CN106526240A - 一种基于扫描电镜的原位加载装置 - Google Patents

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Abstract

一种基于扫描电镜的原位加载装置，其电机与传动装置连接，传动装置与双向滚珠丝杠连接；双向滚珠丝杠通过螺母分别与含滑块导轨的滑块、光栅位移计、第一转接块和第二转接块相连，且第二转接块与第一夹持装置连接，第一转接块与第二夹持装置通过力传感器连接；光栅位移计与第一转接块连接；电机、位移计、力传感器的控制线通过带传输线的密封法兰盘接入到控制箱内，控制箱的控制线与计算机相连接；通过计算机实现信号的采集与控制；试件的两端分别固定在第一夹持装置和第二夹持装置上，通过整体机构对试件进行加载。本发明能在扫描电镜下对金属或非金属材料的典型试件进行单轴应力的静动态加载性能测试，实现动态、低频疲劳或高频疲劳的加载。

Description

一种基于扫描电镜的原位加载装置
技术领域
本发明涉及一种基于扫描电镜的原位加载装置，适用于在扫描电镜下进行观测的专用加载设备，属于构件变形测量技术领域。
背景技术
材料的宏观破坏往往是由微观失效累积引起的，比如金属多晶材料，其破坏往往是从晶界断裂开始的，加之对于宏观材料的宏观力学性能研究已经比较成熟，目前相关学者们将研究视野逐渐转向了材料的微尺度力学性能研究，这必然要涉及到到微观变形测量的问题。实现微观变形测量的关键在于提高测量的空间分辨率和位移灵敏度。近年来高分辨率显微技术特别是扫描电镜的发展，为微纳米实验力学测量技术提供了前所未有的发展机遇，其空间分辨率高达纳米量级。利用扫描电镜进行力学性能表征，需要发展相应的加载设备。目前，尚未有自主研发的扫描电镜配套加载装置。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于扫描电镜的原位加载装置，其可以实现在扫描电镜下对金属或非金属材料的典型试件进行单轴应力的静动态加载性能测试，以及实现动态加载、低频疲劳加载或高频疲劳加载，可以根据不同的研究目的选择不同的加载方式。
本发明的技术方案如下：
一种基于扫描电镜的原位加载装置，其特征在于，包括固定板、控制箱、计算机、带传输线的密封法兰盘和试件，其连接关系为：以及固定在固定板上的电机、光栅位移计、传动装置、含滑块导轨、轴承座、带螺母的双向滚珠丝杠、第一转接块、第二转接块、联轴器、力传感器、第一夹持装置和第二夹持装置；
其连接关系为：
所述的电机与传动装置通过键槽连接，所述的传动装置与带螺母的双向滚珠丝杠通过联轴器连接；所述的带螺母的双向滚珠丝杠通过螺母分别与含滑块导轨的滑块、光栅位移计、第一转接块和第二转接块相连，且第二转接块与第一夹持装置连接，第一转接块与第二夹持装置通过力传感器连接；所述的光栅位移计与第一转接块连接；所述的电机、位移计、力传感器的控制线通过带传输线的密封法兰盘接入到控制箱内，控制箱的控制线与所述的计算机相连接；通过计算机实现信号的采集与控制；所述试件的两端分别固定在第一夹持装置和第二夹持装置上，通过整体机构对试件进行加载。
进一步的，所述原位加载装置还包括可拆卸的组合压电陶瓷；且第二转接块与第一夹持装置通过所述的组合压电陶瓷连接，组合压电陶瓷的输出线通过带传输线的密封法兰盘引出到控制箱。
进一步的，所述的组合压电陶瓷由压电陶瓷组、第一压电陶瓷固定装置和第二压电陶瓷固定装置组成；且所述的压电陶瓷组由多块压电陶瓷块并列组成，所述多块压电陶瓷块内嵌入第一压电陶瓷固定装置和第二压电陶瓷固定装置中；
且第一压电陶瓷固定装置与第二转接块连接，第二压电陶瓷固定装置与第一夹持装置连接。
进一步的，所述的带螺母的双向滚珠丝杠采用双向旋转滚珠丝杠，保证观测位置始终位于视场中心位置。
本发明与现有技术相比，具有以下优点及突出性成果：
(1)适用于扫描电镜平台下静动态加载实验，适用于多种不同大小变形的材料试件，简单易操作；
(2)能够实现不同的加载方式(单向拉伸、压缩和三点弯)；
(3)采用组合压电陶瓷和电机相结合的技术，可实现大位移、大载荷和高频的疲劳加载；
(4)采用双向滚珠丝杠的方式运行，实现观察点一直处于视场的中心，便于和数字图像相关、扫描云纹法等非光学接触测量方法相结合以提高测量精度。
附图说明
图1为本发明提供的原理结构示意图。
图2为本发明提供的组合压电陶瓷结构示意图
图中：1-固定板，2-电机，3-光栅位移计，4-传动装置，5-含滑块导轨，6-轴承座，7-双向滚珠丝杆，8-第一连接块，9-第二连接块，10-联轴器，11-带传输线的密封法兰盘，12-控制箱，13-计算机，14-力传感器，15-组合压电陶瓷，16-第一夹持装置，17-第二夹持装置，18-试件。
具体实施方式
下面结合附图进一步说明本发明的具体结构及实施方式：
如图1所示，本发明所述一种基于扫描电镜的原位加载装置，其包括固定板1、电机2、光栅位移计3、传动装置4、含滑块导轨5、轴承座6、带螺母的双向滚珠丝杠7、第一转接块8、第二转接块9、联轴器10、控制箱11、计算机12、带传输线的密封法兰盘13、力传感器14、组合压电陶瓷15、第一夹持装置16，第二夹持装置17和试件18，且所有构件除控制箱11、计算机12、带传输线的密封法兰盘13外均置于固定板1上。
所述的电机2与传动装置4通过键槽连接，所述的传动装置4与带螺母的双向滚珠丝杠7通过联轴器10连接。如图2所示，所述的组合压电陶瓷15由压电陶瓷组15a、第一压电陶瓷固定装置15b和第二压电陶瓷固定装置15c组成，第一压电陶瓷固定装置15b与第二转接块9连接，第二压电陶瓷固定装置15c与第一夹持装置16连接，其中所述的压电陶瓷组15a由多块压电陶瓷块并列组成，压电陶瓷块内嵌入第一压电陶瓷固定装置15b和第二压电陶瓷固定装置15c中。所述的带螺母的双向滚珠丝杠7通过螺母和含滑块导轨5的滑块、第一转接块8、第二转接块9相连。所述的光栅位移计3与第一转接块8连接；所述的电机2、位移计3控制线通过带传输线的密封法兰盘13接入到控制箱11内，控制箱11的控制线与所述的计算机12相连接。
所述的带螺母的双向滚珠丝杠7采用双向旋转滚珠丝杠，使得观测位置始终位于中心位置，便于扫描电镜下试件的观测；所述的组合压电陶瓷15和电机2共同作用，可实现大小位移疲劳加载；组合压电陶瓷15可以取下，由电机2单独工作。
原理为：联轴器10将电机2的输出轴与带螺母的双向滚珠丝杠7的输入轴连接，通过带螺母的双向滚珠丝杠7实现运动的传递或转向；带螺母的双向滚珠丝杠7的螺母与含滑块导轨5的滑块连接，可以使得转动变直线运动；光栅位移计3与双向滚珠丝杠7的螺母连接，用来测量试件前进的位移；所述的光栅位移计3与第一转接块8连接，可以记录转接块的位移信息；力传感器14将第一转接块8和第二夹持装置17连接在一起，用于记载加载过程中的载荷大小；试件18固定在第一夹持装置16和第二夹持装置17上，通过整体机构对试件进行加载；组合压电陶瓷15、力传感器14、光栅位移计3、电机2的输出线通过带传输线的密封法兰盘13引出到控制箱11，通过计算机12实现信号的采集与控制；组合压电陶瓷15将第二转接块9和第一夹持装置16连接，所述的组合压电陶瓷15和电机2共同作用，可实现高频疲劳加载；也可将组合压电陶瓷15取下，将第二转接块9和第一夹持装置16直接连接，由电机2单独工作，此时可实现静态加载或低频疲劳加载；压电陶瓷块内嵌入第一压电陶瓷固定装置和第二压电陶瓷固定装置中，通过组合压电陶瓷实现大载荷下的加载。
以上所述并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种基于扫描电镜的原位加载装置，其特征在于，包括固定板(1)、控制箱(11)、计算机(12)、带传输线的密封法兰盘(13)和试件(18)，以及固定在固定板(1)上的电机(2)、光栅位移计(3)、传动装置(4)、含滑块导轨(5)、轴承座(6)、带螺母的双向滚珠丝杠(7)、第一转接块(8)、第二转接块(9)、联轴器(10)、力传感器(14)、第一夹持装置(16)和第二夹持装置(17)；
其连接关系为：
所述的电机(2)与传动装置(4)通过键槽连接，所述的传动装置(4)与带螺母的双向滚珠丝杠(7)通过联轴器(10)连接；所述的带螺母的双向滚珠丝杠(7)通过螺母分别与含滑块导轨(5)的滑块、光栅位移计(3)、第一转接块(8)和第二转接块(9)相连，且第二转接块(9)与第一夹持装置(16)连接，第一转接块(8)与第二夹持装置(17)通过力传感器(14)连接；所述的光栅位移计(3)与第一转接块(8)连接；所述的电机(2)、位移计(3)、力传感器(14)的控制线通过带传输线的密封法兰盘(13)接入到控制箱(11)内，控制箱(11)的控制线与所述的计算机(12)相连接；通过计算机(12)实现信号的采集与控制；所述试件(18)的两端分别固定在第一夹持装置(16)和第二夹持装置(17)上，通过整体机构对试件进行加载。
2.根据权利要求1所述的一种基于扫描电镜的原位加载装置，其特征在于：所述原位加载装置还包括可拆卸的组合压电陶瓷(15)；且第二转接块(9)与第一夹持装置(16)通过所述的组合压电陶瓷(15)连接，组合压电陶瓷(15)的输出线通过带传输线的密封法兰盘(13)引出到控制箱(11)。
3.根据权利要求2所述的一种基于扫描电镜的原位加载装置，其特征在于：所述的组合压电陶瓷(15)由压电陶瓷组(15a)、第一压电陶瓷固定装置(15b)和第二压电陶瓷固定装置(15c)组成；且所述的压电陶瓷组(15a)由多块压电陶瓷块并列组成，所述多块压电陶瓷块内嵌入第一压电陶瓷固定装置(15b)和第二压电陶瓷固定装置(15c)中；
且第一压电陶瓷固定装置(15b)与第二转接块(9)连接，第二压电陶瓷固定装置(15c)与第一夹持装置(16)连接。
4.根据权利要求1所述的一种基于扫描电镜的原位加载装置，其特征在于：所述的带螺母的双向滚珠丝杠(7)采用双向旋转滚珠丝杠，保证观测位置始终位于视场中心位置。
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