CN112710537A - 一种原位微纳米压痕/划痕测试平台 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种原位微纳米压痕/划痕测试平台，涉及测试平台技术领域，包括粗调节装置、精细调节装置和传动装置，所述粗调节装置包括底座、角度盘和工作台，所述角度盘通过精密滑轨滑动连接在底座的顶部，所述工作台滑动连接在角度盘的顶部，所述角度盘的中部固定安装有第一涡轮。本发明该原位微纳米压痕/划痕测试平台，通过粗调节装置和精细调节装置的设置，使该测试平台具备了结构紧凑、精度高的效果，通过第一手轮和微调旋钮的配合设置，在使用的过程中可以实现高精度调节样品定位，实现对角度、多方位测试，以提高应用范围，增加装置的实用性，从而起到了结构紧凑、占用空间少的作用，达到了大行程、高精度和结构紧凑的目的。
Description
技术领域
本发明涉及测试平台技术领域，具体为一种原位微纳米压痕/划痕测试平台。
背景技术
随着科学技术的发展和电子显微学技术的进步，原位微纳米力学测试技术应用而生。原位压痕/划痕测试技术的显著优势在于可实现压痕/划痕过程的实时在线观测，进而研究载荷作用下材料表面的变形、损伤机理。国内外对材料力学性能原位测试的研究还处于开发探索阶段，但是由于发达国家的起步较早，研究相对比较深入，领先于国内该领域的研究。在原位力学测试方面，比较典型的包括微柱压缩、微结构拉伸、微弯曲等测试，针对三维试件的原位力学测试研究，目前仅见于瑞士联邦理工学院Michler和R.Rabe、日本东北大学W.Gao和本项目组等开展的工作。现有的仪器也都存在着一定的缺点，而且国内外关于定量的划痕实验目前还鲜有报道,所以，研制具有大行程、高精度、结构紧凑、低成本的原位压痕/划痕测试平台依然具有广泛的需求。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种原位微纳米压痕/划痕测试平台，具备大行程、高精度、结构紧凑、低成本等优点，解决了背景技术中提出的问题。
(二)技术方案
为实现上述大行程、高精度、结构紧凑、低成本目的，本发明提供如下技术方案：一种原位微纳米压痕/划痕测试平台，包括粗调节装置、精细调节装置和传动装置，所述粗调节装置包括底座、角度盘和工作台，所述角度盘通过精密滑轨滑动连接在底座的顶部，所述工作台滑动连接在角度盘的顶部，所述角度盘的中部固定安装有第一涡轮，所述角度盘的一侧开设有刻度，所述第一涡轮的一侧啮合连接有第一蜗杆，所述第一蜗杆转动连接在工作台的底部，所述第一蜗杆的一端焊接有第一手轮，所述工作台的一侧固定安装有样品盒，所述工作台的一侧开设有刻度，所述底座的一侧焊接有显微镜安装台，所述工作台的顶部开设有燕尾槽；所述精细调节装置包括精密导轨、滑块和载物台，所述精密导轨的底部滑动连接在工作台顶部燕尾槽的内部，所述精密导轨的内部开设有燕尾槽，所述滑块滑动连接在精密导轨燕尾槽内，所述滑块的内部螺纹连接有定位螺钉，所述载物台滑动连接在精密导轨靠近滑块的燕尾槽内，所述滑块靠近载物台的一侧转动连接有微调螺杆，所述微调螺杆的一侧固定安装有微调旋钮，所述微调螺杆的一端螺纹连接在载物台的内部，所述载物台的内部螺纹连接有微调螺钉，所述载物台的顶部固定安装有样品固定盒，所述滑块靠近微调旋钮的一侧螺纹连接有固定螺钉，所述固定螺钉的一端顶触在微调螺杆的外表面，所述精密导轨的顶部开设有刻度；所述传动装置包括立板、调节板、伺服电机、光杠和丝杠，所述立板固定安装在底座的顶部，所述丝杠通过轴承转动连接在立板的内部，所述调节板螺纹连接在丝杠的一侧。
优选的，所述光杠焊接在立板的一侧，所述调节板滑动连接在光杠的一侧，所述丝杠远离调节板的一端固定安装有第二手轮，所述伺服电机通过安装块固定安装在调节板的一侧，所述伺服电机的输出端固定安装有主动锥齿轮，所述主动锥齿轮的一侧啮合连接有从动锥齿轮。
优选的，所述从动锥齿轮的一侧固定安装有第二螺杆，所述第二螺杆的一端通过支撑柱转动连接在调节板的一侧，所述第二螺杆的一侧啮合连接有第二涡轮，所述第二涡轮通过支撑块转动连接在调节板靠近支撑柱的一侧。
优选的，所述第二涡轮的一侧焊接有传动杆，所述传动杆的一端固定连接有上斜板，所述上斜板的一侧通过连接柱固定连接有下斜板，所述连接柱的一侧转动连接有套筒，所述套筒的一侧通过连接板转动连接有连接球，所述连接球的一侧焊接有连杆。
优选的，所述下斜板的底部通过传动杆滑动连接有升降筒，所述升降筒的一侧转动连接在连杆的一端，所述升降筒的一端固定安装有金刚石压头，所述调节板靠近升降筒的一侧固定安装有支撑滑杆，所述升降筒的一侧滑动连接在支撑滑杆的一侧，所述套筒为可拆卸连接结构。
优选的，所述精密滑轨的数量为两个，对称分布在角度盘的两侧，所述第一涡轮为不完整涡轮，所述角度盘为U形结构，且内部为中空设置，所述工作台和精密导轨的一侧均设置有指示箭头。
优选的，所述定位螺钉和固定螺钉的顶部均设置有手柄结构，所述滑块和载物台的顶部均开设有凸起结构，所述滑块的内部开设有与微调螺杆相适配的凹槽。
优选的，所述光杠的数量为两个，对称分布在调节板的两侧，所述调节板的材质为铸铁材质，所述支撑柱和支撑块的数量均为两个，均匀分布在调节板的一侧。
优选的，所述支撑滑杆为U形结构，所述升降筒的一侧设置有凸起结构，所述角度盘的最大行程角度为一百二十度，所述上斜板和下斜板的结构相同。
(三)有益效果
与现有技术相比，本发明提供了一种原位微纳米压痕/划痕测试平台，具备以下有益效果：
1、该一种原位微纳米压痕/划痕测试平台，通过粗调节装置和精细调节装置的设置，使该原位微纳米压痕/划痕测试平台具备了结构紧凑、精度高的效果，通过第一手轮和微调旋钮的配合设置，在使用的过程中可以实现高精度调节样品定位，实现对角度、多方位测试，以提高应用范围，增加装置的实用性，从而起到了结构紧凑、占用空间少的作用，达到了大行程、高精度和结构紧凑的目的。
2该一种原位微纳米压痕/划痕测试平台，通过转动装置的设置，使该原位微纳米压痕/划痕测试平台具备了传动平稳、动作灵敏和便于调节的效果，通过伺服电机和金刚石压头的配合设置，在使用的过程中可以实现提高传动精度、增加装置稳定性和提高应用范围的效果，从而起到了稳定性、精确度高的作用，达到了安全性高、使用方便的目的。
附图说明
图1为发明立体示意图；
图2为发明角度盘；
图3为发明第一蜗杆意图；
图4为发明第二手轮意图；
图5为发明前视构示意图；
图6为发明侧视意图；
图7为发明俯视构示意图；
图8为发明图1A处放大结构示意图；
图9发明图2处放大结构示意图。
图中1、底座；2、角度盘；3、工作台；4、精密滑轨；5、第一涡轮；6、第一蜗杆；7、第一手轮；8、样品盒；9、显微镜安装台；10、精密导轨；11、滑块；12、载物台；13、微调螺杆；14、微调旋钮；15、微调螺钉；16、样品固定盒；17、固定螺钉；18、立板；19、调节板；20、伺服电机；21、光杠；22、丝杠；23、第二手轮；24、主动锥齿轮；25、从动锥齿轮；26、第二螺杆；27、支撑柱；28、第二涡轮；29、支撑块；30、传动杆；31、上斜板；32、连接柱；33、套筒；34、连接板；35、连接球；36、连杆；37、升降筒；38、金刚石压头；39、支撑滑杆；40、定位螺钉；41、下斜板。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-9，一种原位微纳米压痕/划痕测试平台，包括粗调节装置、精细调节装置和传动装置，粗调节装置包括底座1、角度盘2和工作台3，角度盘2通过精密滑轨4滑动连接在底座1的顶部，精密滑轨4的数量为两个，对称分布在角度盘2的两侧，第一涡轮5为不完整涡轮，角度盘2为U形结构，且内部为中空设置，工作台3和精密导轨10的一侧均设置有指示箭头，述工作台3滑动连接在角度盘2的顶部，角度盘2的中部固定安装有第一涡轮5，角度盘2的一侧开设有刻度，第一涡轮5的一侧啮合连接有第一蜗杆6，第一蜗杆6转动连接在工作台3的底部，第一蜗杆6的一端焊接有第一手轮7，工作台3的一侧固定安装有样品盒8，工作台3的一侧开设有刻度，底座1的一侧焊接有显微镜安装台9，工作台3的顶部开设有燕尾槽；精细调节装置包括精密导轨10、滑块11和载物台12，定位螺钉40和固定螺钉17的顶部均设置有手柄结构，滑块11和载物台12的顶部均开设有凸起结构，滑块11的内部开设有与微调螺杆13相适配的凹槽，述精密导轨10的底部滑动连接在工作台3顶部燕尾槽的内部，精密导轨10的内部开设有燕尾槽，滑块11滑动连接在精密导轨10燕尾槽内，滑块11的内部螺纹连接有定位螺钉40，载物台12滑动连接在精密导轨10靠近滑块11的燕尾槽内，滑块11靠近载物台12的一侧转动连接有微调螺杆13，微调螺杆13的一侧固定安装有微调旋钮14，微调螺杆13的一端螺纹连接在载物台12的内部，载物台12的内部螺纹连接有微调螺钉15，载物台12的顶部固定安装有样品固定盒16，滑块11靠近微调旋钮14的一侧螺纹连接有固定螺钉17，固定螺钉17的一端顶触在微调螺杆13的外表面，精密导轨10的顶部开设有刻度；传动装置包括立板18、调节板19、伺服电机20、光杠21和丝杠22，立板18固定安装在底座1的顶部，丝杠22通过轴承22转动连接在立板18的内部，调节板19螺纹连接在丝杠22的一侧，光杠21焊接在立板18的一侧，调节板19滑动连接在光杠21的一侧，光杠21的数量为两个，对称分布在调节板19的两侧，调节板19的材质为铸铁材质，支撑柱27和支撑块29的数量均为两个，均匀分布在调节板19的一侧，述丝杠22远离调节板19的一端固定安装有第二手轮23，伺服电机20通过安装块固定安装在调节板19的一侧，伺服电机20的输出端固定安装有主动锥齿轮24，主动锥齿轮24的一侧啮合连接有从动锥齿轮25，从动锥齿轮25的一侧固定安装有第二螺杆26，第二螺杆26的一端通过支撑柱27转动连接在调节板19的一侧，第二螺杆26的一侧啮合连接有第二涡轮28，第二涡轮28通过支撑块29转动连接在调节板19靠近支撑柱27的一侧，第二涡轮28的一侧焊接有传动杆30，传动杆30的一端固定连接有上斜板31，上斜板31的一侧通过连接柱32固定连接有下斜板41，连接柱32的一侧转动连接有套筒33，套筒33的一侧通过连接板34转动连接有连接球35，连接球35的一侧焊接有连杆36，下斜板41的底部通过传动杆30滑动连接有升降筒37，升降筒37的一侧转动连接在连杆36的一端，升降筒37的一端固定安装有金刚石压头38，调节板19靠近升降筒37的一侧固定安装有支撑滑杆39，支撑滑杆39为U形结构，升降筒37的一侧设置有凸起结构，角度盘2的最大行程角度为一百二十度，上斜板31和下斜板41的结构相同，述升降筒37的一侧滑动连接在支撑滑杆39的一侧，套筒33为可拆卸连接结构，通过粗调节装置和精细调节装置的设置，使该原位微纳米压痕/划痕测试平台具备了结构紧凑、精度高的效果，通过第一手轮7和微调旋钮的配合设置，在使用的过程中可以实现高精度调节样品定位，实现对角度、多方位测试，以提高应用范围，增加装置的实用性，从而起到了结构紧凑、占用空间少的作用，达到了大行程、高精度和结构紧凑的目的，通过转动装置的设置，使该原位微纳米压痕/划痕测试平台具备了传动平稳、动作灵敏和便于调节的效果，通过伺服电机20和金刚石压头38的配合设置，在使用的过程中可以实现提高传动精度、增加装置稳定性和提高应用范围的效果，从而起到了稳定性、精确度高的作用，达到了安全性高、使用方便的目的。
在使用时，首先，将需要测试的样品放在样品固定盒16内进行测试，测试前，可通过转动第一手轮7，在第一蜗杆6和第一涡轮5的作用下，使工作台3以角度盘2的中心线为旋转角度来调节工作台3的测试角度，然后，通过精密导轨10在工作台3顶部的燕尾槽内滑动来调节载物台12的前后位置，通过滑块11和定位螺钉40的配合来调节载物台的水平位移，调节水平位移时，可松开定位螺钉40和微调螺钉15，使载物台12和滑块11在精密滑轨4的内部滑动，当确定好大致位置时，可旋紧定位螺钉40，然后转动微调旋钮14带动微调螺杆13转动，由于微调螺杆13的一端转动连接在滑块11的一侧，另一端与载物台12为螺纹连接，进而当转动微调螺杆13时，可通过螺纹带动载物台12进行左右微调，调至适合位置时，通过旋紧微调螺钉15实现载物台12的微调定位，且由于角度盘2、工作台3和精密导轨10的一侧均设置有刻度，配合指示箭头，可实时观察调节距离，以便应对不同情况的样品测试，提高测试效率，然后，通过伺服电机20经过主动锥齿轮24带动从动锥齿轮25转动，进而带动第二蜗杆26转动将动力传递至第二涡轮28，再通过第二涡轮28经过传动杆30带动上斜板31和下斜板41转动，通过连接柱32带动套筒33转动，进而带动连接板34和连接球35转动，由于升降筒37通过连杆36和连接球35和连接板34为球面副传动，进而将连接板34在转动时产生上下运动传递至升降筒37实现金刚石压头38的升降效果，在升降筒37升降中，为防止升降筒37的自转，通过支撑滑杆39的设置，可使升降筒37平稳做上下位移运动，通过一系列的传动，可精确控制金刚石压头38的下压精度，提高检测质量，配合放置在显微镜安装台9上的显微镜来观察检测结果。
综上所述，该一种原位微纳米压痕/划痕测试平台，通过粗调节装置和精细调节装置的设置，使该原位微纳米压痕/划痕测试平台具备了结构紧凑、精度高的效果，通过第一手轮7和微调旋钮的配合设置，在使用的过程中可以实现高精度调节样品定位，实现对角度、多方位测试，以提高应用范围，增加装置的实用性，从而起到了结构紧凑、占用空间少的作用，达到了大行程、高精度和结构紧凑的目的。通过转动装置的设置，使该原位微纳米压痕/划痕测试平台具备了传动平稳、动作灵敏和便于调节的效果，通过伺服电机20和金刚石压头38的配合设置，在使用的过程中可以实现提高传动精度、增加装置稳定性和提高应用范围的效果，从而起到了稳定性、精确度高的作用，达到了安全性高、使用方便的目的。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (9)
1.一种原位微纳米压痕/划痕测试平台，包括粗调节装置、精细调节装置和传动装置，其特征在于：所述粗调节装置包括底座(1)、角度盘(2)和工作台(3)，所述角度盘(2)通过精密滑轨(4)滑动连接在底座(1)的顶部，所述工作台(3)滑动连接在角度盘(2)的顶部，所述角度盘(2)的中部固定安装有第一涡轮(5)，所述角度盘(2)的一侧开设有刻度，所述第一涡轮(5)的一侧啮合连接有第一蜗杆(6)，所述第一蜗杆(6)转动连接在工作台(3)的底部，所述第一蜗杆(6)的一端焊接有第一手轮(7)，所述工作台(3)的一侧固定安装有样品盒(8)，所述工作台(3)的一侧开设有刻度，所述底座(1)的一侧焊接有显微镜安装台(9)，所述工作台(3)的顶部开设有燕尾槽；所述精细调节装置包括精密导轨(10)、滑块(11)和载物台(12)，所述精密导轨(10)的底部滑动连接在工作台(3)顶部燕尾槽的内部，所述精密导轨(10)的内部开设有燕尾槽，所述滑块(11)滑动连接在精密导轨(10)燕尾槽内，所述滑块(11)的内部螺纹连接有定位螺钉(40)，所述载物台(12)滑动连接在精密导轨(10)靠近滑块(11)的燕尾槽内，所述滑块(11)靠近载物台(12)的一侧转动连接有微调螺杆(13)，所述微调螺杆(13)的一侧固定安装有微调旋钮(14)，所述微调螺杆(13)的一端螺纹连接在载物台(12)的内部，所述载物台(12)的内部螺纹连接有微调螺钉(15)，所述载物台(12)的顶部固定安装有样品固定盒(16)，所述滑块(11)靠近微调旋钮(14)的一侧螺纹连接有固定螺钉(17)，所述固定螺钉(17)的一端顶触在微调螺杆(13)的外表面，所述精密导轨(10)的顶部开设有刻度；所述传动装置包括立板(18)、调节板(19)、伺服电机(20)、光杠(21)和丝杠(22)，所述立板(18)固定安装在底座(1)的顶部，所述丝杠(22)通过轴承(22)转动连接在立板(18)的内部，所述调节板(19)螺纹连接在丝杠(22)的一侧。
2.权利要求1述的一种原位微纳米压痕/划痕测试平台，其特征在于：所述光杠(21)焊接在立板(18)的一侧，所述调节板(19)滑动连接在光杠(21)的一侧，所述丝杠(22)远离调节板(19)的一端固定安装有第二手轮(23)，所述伺服电机(20)通过安装块固定安装在调节板(19)的一侧，所述伺服电机(20)的输出端固定安装有主动锥齿轮(24)，所述主动锥齿轮(24)的一侧啮合连接有从动锥齿轮(25)。
3.据权利要求2述的一种原位微纳米压痕/划痕测试平台，其特征在于：所述从动锥齿轮(25)的一侧固定安装有第二螺杆(26)，所述第二螺杆(26)的一端通过支撑柱(27)转动连接在调节板(19)的一侧，所述第二螺杆(26)的一侧啮合连接有第二涡轮(28)，所述第二涡轮(28)通过支撑块(29)转动连接在调节板(19)靠近支撑柱(27)的一侧。
4.据权利要求3述的一种原位微纳米压痕/划痕测试平台，其特征在于：所述第二涡轮(28)的一侧焊接有传动杆(30)，所述传动杆(30)的一端固定连接有上斜板(31)，所述上斜板(31)的一侧通过连接柱(32)固定连接有下斜板(41)，所述连接柱(32)的一侧转动连接有套筒(33)，所述套筒(33)的一侧通过连接板(34)转动连接有连接球(35)，所述连接球(35)的一侧焊接有连杆(36)。
5.据权利要求4述的一种原位微纳米压痕/划痕测试平台，其特征在于：所述下斜板(41)的底部通过传动杆(30)滑动连接有升降筒(37)，所述升降筒(37)的一侧转动连接在连杆(36)的一端，所述升降筒(37)的一端固定安装有金刚石压头(38)，所述调节板(19)靠近升降筒(37)的一侧固定安装有支撑滑杆(39)，所述升降筒(37)的一侧滑动连接在支撑滑杆(39)的一侧，所述套筒(33)为可拆卸连接结构。
6.据权利要求1述的一种原位微纳米压痕/划痕测试平台，其特征在于：所述精密滑轨(4)的数量为两个，对称分布在角度盘(2)的两侧，所述第一涡轮(5)为不完整涡轮，所述角度盘(2)为U形结构，且内部为中空设置，所述工作台(3)和精密导轨(10)的一侧均设置有指示箭头。
7.据权利要求1述的一种原位微纳米压痕/划痕测试平台，其特征在于：所述定位螺钉(40)和固定螺钉(17)的顶部均设置有手柄结构，所述滑块(11)和载物台(12)的顶部均开设有凸起结构，所述滑块(11)的内部开设有与微调螺杆(13)相适配的凹槽。
8.据权利要求1述的一种原位微纳米压痕/划痕测试平台，其特征在于：所述光杠(21)的数量为两个，对称分布在调节板(19)的两侧，所述调节板(19)的材质为铸铁材质，所述支撑柱(27)和支撑块(29)的数量均为两个，均匀分布在调节板(19)的一侧。
9.权利要求1述的一种原位微纳米压痕/划痕测试平台，其特征在于：所述支撑滑杆(39)为U形结构，所述升降筒(37)的一侧设置有凸起结构，所述角度盘(2)的最大行程角度为一百二十度，所述上斜板(31)和下斜板(41)的结构相同。
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