CN113029765A - 准静态原位双轴拉伸性能测试仪器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种准静态原位双轴拉伸性能测试仪器，属于精密科学仪器领域。包括驱动单元、传动单元、夹持单元和检测单元；驱动单元由两个直流伺服电机分别为X、Y两个方向提供动力源，电机输出力矩首先由传动单元的涡轮机构完成减速与换向，驱动X或Y方向上两对四根精密梯形丝杠螺母副，带动夹持单元完成直线运动；夹持单元依靠滑动螺母座上安装的夹具体对试件进行夹持，实现载荷加载；其中Y方向夹具，具有25°预制倾斜角，X方向夹具上装有铰链。优点在于：体积小，结构紧凑，可放置于大多数大腔室扫描电子显微镜中属于精密科学仪器领域。能够在扫描电子显微镜下，为被测试样提供平面应力状态的原位双轴拉伸测试。

Description

准静态原位双轴拉伸性能测试仪器

技术领域

本发明涉及精密科学仪器领域，特别涉及一种兼容扫描电子显微镜的准静态原位双轴拉伸性能测试仪器，是集驱动、加载、检测、力环境下的双轴双向拉伸测试平台，并且可置于扫描电子显微镜下进行材料的微观晶体结构及宏观的力学性能进行观察分析的高性能综合精密实验测试平台。

背景技术

原位力学性能测试是指在微/纳米尺度下对试件材料进行力学性能测试的过程中，通过电子显微镜、原子力显微镜以及光学显微镜等仪器对各种载荷作用下材料发生的微观变形、损伤进行全程原位监测的一种力学测试方法。如今利用较多的有原位拉伸法、纳米压痕法和原位弯曲法等测试方法，原位双轴拉伸测试也是其中一种，特别适用于各向异性材料的测试，材料的弹性模量、泊松比，屈服强度和断裂强度等力学参数均可通过双轴拉伸测试得到。

现有的原位双轴测试装置因为不能提供双向运动，受拉伸时试样中央区域在测试时难免会造成单方向窜动，对需要准静态且具有高分辨率要求的的原位观测带来很大不便。

现有的双轴拉伸测试系统结构过大且各个模块之间配合不够紧凑，所带来的问题就是无法与现有的成像技术匹配如扫描电镜，因此只能完成离位检测，以及对各向异性材料在双轴拉伸载荷下的微观力学行为及损伤机制缺乏有效的研究。

发明内容

本发明的目的在于提供一种准静态原位双轴拉伸性能测试仪器，解决了现有技术存在的上述问题。本发明特别适用于各向异性材料的测试，材料的弹性模量、泊松比，屈服强度和断裂强度等力学参数均可通过双轴拉伸测试得到。利用光学仪器EBSD观测材料的微观晶体结构的形貌变化。光学观测单元利用基于SEM（扫描电子显微镜）的EBSD对拉伸后的试件进行微观晶体结构的观测。由电机提供动力，传动单元配合夹持单元对试件进行加载，通过力传感器测得试样所受拉伸载荷，计算材料的应力σ。由光学观测单元EBSD系统对入射于样品上的电子束与样品作用产生的"衍射花样"检测，也就是在每一个晶体或晶粒内规则排列的晶格面上产生的衍射图案进行检测。

本发明的上述目的通过以下技术方案实现：

准静态原位双轴拉伸性能测试仪器，包括驱动单元、传动单元、夹持单元和检测单元；所述驱动单元由两个直流伺服电机分别为X、Y两个方向提供动力源，电机输出力矩首先由传动单元的涡轮机构完成减速与换向，驱动X或Y方向上两对四根精密梯形丝杠螺母副，带动夹持单元完成直线运动；夹持单元依靠滑动螺母座上安装的夹具体对试件进行夹持，实现载荷加载；其中Y方向夹具，具有25°预制倾斜角，X方向夹具上装有铰链，利用铰链结构使试件绕铰链的转轴自由转动，保持试件在拉伸的过程中不会受到弯矩的影响；检测单元通过拉压力传感器Ⅰ、Ⅱ0113、0211对试件的载荷进行测量。

所述的驱动单元与传动单元，由两个伺服电机Ⅰ、Ⅱ分别独立进行加载，通过蜗轮机构控制X方向的梯形丝杠Ⅰ0117、梯形丝杠Ⅱ0118以及Y方向梯形丝杠Ⅲ0214、梯形丝杠Ⅳ0215转动，梯形丝杠Ⅰ~Ⅳ上分别配合有丝杠螺母，丝杠螺母分别带动X方向的滑动丝杠螺母座Ⅰ0111、滑动丝杠螺母座Ⅱ0112及Y方向的滑动丝杠螺母座Ⅲ0209、滑动丝杠螺母座Ⅳ0210，滑动丝杠螺母座Ⅰ~Ⅳ在双向加载过程中相向移动、互不干扰，依靠夹持单元制约相互联系，每一层滑动丝杠螺母座都由两根T型导轨提供导向和支撑，保证传动过程中的受力平衡。

所述的驱动单元包括X方向驱动机构和Y方向驱动机构，所述X方向驱动机构与传动单元的装配关系是：直流伺服电机Ⅰ0101与行星齿轮减速器Ⅰ0116的一端连接，另一端通过电机支座Ⅰ0102固定，该电机支座Ⅰ与丝杠支座Ⅰ0001通过沉头螺钉连接；锥齿轮Ⅰ0103与行星齿轮减速器0116通过销钉连接，锥齿轮Ⅱ0104与蜗杆Ⅰ0106通过销钉连接，两个锥齿轮Ⅰ、Ⅱ呈90°啮合；蜗杆Ⅰ0106两端通过滚珠轴承与左右两个蜗杆支座Ⅰ0105、蜗杆支座Ⅱ0109配合固定；涡轮Ⅰ0107、涡轮Ⅱ0108与精密滚珠丝杠端部通过轴肩和止推垫片Ⅰ0110、止推垫片Ⅱ0121轴向固定，并且与蜗杆Ⅰ0106啮合传动；精密滚珠丝杠外装精密轴承，由丝杠支座Ⅱ0002、丝杠支座Ⅳ0004支撑，丝杠支座Ⅱ0002、丝杠支座Ⅳ0004通过沉头螺钉与底座0005连接。

所述的Y方向驱动机构与传动单元的装配关系是：直流伺服电机Ⅱ0201与行星齿轮减速器Ⅱ0213的一端连接，通过电机支座Ⅱ0202固定，该电机支座Ⅱ与丝杠支座Ⅳ0004通过沉头螺钉连接；锥齿轮Ⅲ0203与行星齿轮减速器Ⅱ0213通过销钉连接，锥齿轮Ⅳ0204与蜗杆Ⅱ207通过销钉连接，锥齿轮Ⅲ、Ⅳ呈90°啮合；蜗杆Ⅱ0207两端通过滚珠轴承及轴承座配合固定在蜗杆支座Ⅱ0109和蜗杆支座Ⅲ0205上；涡轮Ⅲ0206、涡轮Ⅳ0208与精密滚珠丝杠端部通过轴肩和止推垫片轴向固定，并且与蜗杆Ⅱ0207啮合传动；精密滚珠丝杠外装精密轴承，由丝杠支座Ⅰ、Ⅲ0001、0003支撑，丝杠支座Ⅰ、Ⅲ0001、0003通过沉头螺钉与底座0005连接。

所述的传动单元包括X方向传动机构和Y方向传动机构，所述X方向传动机构中，涡轮Ⅰ0107、涡轮Ⅱ0108与蜗杆Ⅰ0106相啮合，放置在蜗杆Ⅰ0106下侧；所述Y方向传动机构中，涡轮Ⅲ0206、涡轮Ⅳ0208放置在蜗杆Ⅱ0207上侧，与蜗杆Ⅱ0207相啮合；Y方向的滑动丝杠螺母座Ⅲ0209、滑动丝杠螺母座Ⅳ0210设计成下凹式的结构，X方向的滑动丝杠螺母座Ⅰ0111、滑动丝杠螺母座Ⅱ0112设计成上凸式的结构。

所述的夹持单元是：具有25°倾斜角的夹具Ⅰ0301、夹具Ⅱ0307一端通过沉头螺钉连接，另一端与拉压力传感器Ⅰ、Ⅱ0113、0211器螺纹连接，实现对试件0310在X方向与水平面呈25°角的夹持；Y方向依靠两个铰链Ⅰ、Ⅱ0311、0306夹持；试件0310置于夹具体Ⅰ、Ⅱ的凹槽内，通过压板Ⅰ~Ⅳ0303、0309、0304、0312与螺钉Ⅰ~Ⅳ0302、0308、0305、0313紧固；配合45°倾角支架0006，实现试样被测区域与二次电子背散射探测器成70°角。

所述的检测单元的拉压力传感器Ⅰ0113一端与顶板Ⅰ0114螺纹连接，另一端与通过连接件0115与夹持单元连接；拉压力传感器Ⅱ0211一端与顶板Ⅱ0212螺纹连接，另一端通过滑动与夹持单元连接。

本发明的有益效果在于：体积小，结构紧凑，可放置于大多数大腔室扫描电子显微镜中属于精密科学仪器领域。能够在扫描电子显微镜下，为被测试样提供平面应力状态的原位双轴拉伸测试。利用预制25°倾斜角的夹具，实现对试件的X方向与水平面呈25°角的夹持；Y方向依靠两个铰链进行夹持，通过铰链的绕轴转动，可以消除由于试件拉伸过程中产生的角度偏移，即确保试件能够仅受拉力，不会受到由弯曲载荷而产生的影响，拉压力传感器测量数据更真实。配合45°倾角支架，实现试样被测区域与二次电子背散射探测器成70°角，以便背散射信号充分强化，能被荧光屏接收，从而实现在扫描电子显微镜内完成材料在平面应力状态下的表面微观形貌观察和晶体取向分析。特别适用于各向异性材料的测试，材料的弹性模量、泊松比，屈服强度和断裂强度等力学参数均可通过双轴拉伸测试得到。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明的结构示意图，说明书摘要附图；

图2为本发明的X方向结构示意图；

图3为本发明的俯视图；

图4为本发明的侧视图；

图5为本发明的夹持单元结构图；

图6为本发明放置于扫描电镜下的简略结构示意图；

图7为本发明与SEM装配的整体结构示意图。

图中：0001、丝杠支座Ⅰ；0002、丝杠支座Ⅱ；0003、丝杠支座Ⅲ；0004、丝杠支座Ⅳ；0005、底座；0006、45°倾角支架；0101、伺服电机Ⅰ；0116、行星齿轮减速箱Ⅰ；0102、电机支座Ⅰ；0103、锥齿轮Ⅰ；0104、锥齿轮Ⅱ；0105、蜗杆支座Ⅰ；0106、蜗杆Ⅰ；0107、蜗轮Ⅰ；0108、蜗轮Ⅱ；0109、蜗杆支座Ⅱ；0110、止推垫片；0111、滑动丝杠螺母座Ⅰ；0112、滑动丝杠螺母座Ⅱ；0113、拉压力传感器Ⅰ；0114、顶板Ⅰ；0115、连接件；0117、梯形丝杠Ⅰ；0118、梯形丝杠Ⅱ；0119、丝杠螺母Ⅰ；0120、丝杠螺母Ⅱ；0121、丝杠螺母Ⅲ；0122、丝杠螺母Ⅳ；0201、伺服电机Ⅱ；0213、行星齿轮减速箱Ⅱ；0202、电机支座Ⅱ；0203、锥齿轮Ⅲ；0204、锥齿轮Ⅳ；0205、蜗杆支座Ⅲ；0206、蜗轮Ⅲ；0207、蜗杆Ⅱ；0208、蜗轮Ⅳ；0209、滑动丝杠螺母座Ⅲ；0210、滑动丝杠螺母座Ⅳ；0211、拉压力传感器Ⅱ；0212、顶板Ⅱ；0214、梯形丝杠Ⅲ；0215、梯形丝杠Ⅳ；0216、丝杠螺母Ⅴ；0217、丝杠螺母Ⅵ；0218、丝杠螺母Ⅶ；0219、丝杠螺母Ⅷ；0220、T型滑块Ⅰ；0221、T型滑块Ⅱ；0222、T型滑块Ⅲ；0223、T型滑块Ⅳ；0224、T型导轨Ⅰ；0225、T型导轨Ⅱ；0301、夹具Ⅰ；0307、夹具Ⅱ；0302、螺栓Ⅰ；0308、螺栓Ⅱ；0305、螺栓Ⅲ；0313、螺栓Ⅳ；0303、压板Ⅰ；0309、压板Ⅱ；0304、压板Ⅲ；0312、压板Ⅳ；0311、铰链Ⅰ；0306、铰链Ⅱ；0310、试件。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明的详细内容及其具体实施方式。

参见图1至图7所示，本发明提供一种能够在扫描电子显微镜下，为被测试样提供平面应力状态的准静态原位双轴拉伸性能测试仪器，包括电机驱动单元、传动单元、夹持单元、检测单元。驱动单元由两个直流伺服电机组成，分别向XY两个方向提供动力源；传动单元利用两对双向梯形丝杠带动螺母实现对夹具的驱动；夹持单元依靠滑动螺母座上安装夹具体对试件进行夹持，实现载荷加载，利用25°倾斜的夹具，配合45°倾角支架，实现试样被测区域与电子背散射衍射探测器成70°角，以便背散射(即衍射)的信号被充分强化到能被荧光屏接收（在显微镜样品室内）获取，进而准确测量晶体取向。利用铰链结构可以使试件绕铰链的转轴自由转动，保持试件在拉伸的过程中不会受到弯矩的影响；检测单元依靠螺母座上安装的压力传感器对X和Y方向上的拉伸载荷进行测量。

参见图1至图7所示，本发明的准静态原位双轴拉伸性能测试仪器，包括驱动单元、传动单元、夹持单元和检测单元；所述驱动单元由两个直流伺服电机分别为X、Y两个方向提供动力源，电机输出力矩首先由传动单元的涡轮机构完成减速与换向，驱动X或Y方向上两对四根精密梯形丝杠螺母副，带动夹持单元完成直线运动；夹持单元依靠滑动螺母座上安装的夹具体对试件进行夹持，实现载荷加载；其中Y方向夹具，具有25°预制倾斜角，X方向夹具上装有铰链，利用铰链结构使试件绕铰链的转轴自由转动，保持试件在拉伸的过程中不会受到弯矩的影响；检测单元通过拉力传感器对试件的载荷进行测量。

所述的驱动单元与传动单元，由两个伺服电机Ⅰ、Ⅱ分别独立进行加载，通过蜗轮机构控制X方向的梯形丝杠Ⅰ0117、梯形丝杠Ⅱ0118和Y方向梯形丝杠Ⅲ0214、梯形丝杠Ⅳ0215转动，梯形丝杠Ⅰ~Ⅳ上分别配合有螺母，螺母分别带动X方向的滑动丝杠螺母座Ⅰ0111、滑动丝杠螺母座Ⅱ0112及Y方向的滑动丝杠螺母座Ⅲ0209、滑动丝杠螺母座Ⅳ0210，滑动丝杠螺母座Ⅰ~Ⅳ在双向加载过程中相向移动、互不干扰，还可依靠夹持单元制约相互联系，每一方向的滑动丝杠螺母座都由两根T型导轨提供导向和支撑，保证传动过程中的受力平衡，使系统平衡稳定。T型导轨Ⅰ0224、T型导轨Ⅱ0225分别固定在丝杠支座Ⅱ0002、丝杠支座Ⅳ0004上，T型滑块Ⅰ0220、T型滑块Ⅱ0221在T型导轨Ⅰ0224上滑动，T型滑块Ⅲ0222、 T型滑块Ⅳ0223在T型导轨Ⅱ0225上滑动，滑动丝杠螺母座Ⅲ0209分别与T型滑块Ⅰ0220、T型滑块Ⅲ0222固定连接，滑动丝杠螺母座Ⅳ0210分别与T型滑块Ⅱ0221、T型滑块Ⅳ0223固定连接，通过T型滑块Ⅰ~Ⅳ滑动，带动丝杠螺母座Ⅲ0209、滑动丝杠螺母座Ⅳ0210移动。伺服电机Ⅰ、Ⅱ水平放置在仪器一侧，通过锥齿轮副和蜗轮蜗杆结构向精密丝杠传递动力，同一方向采用双丝杠平行配置可以使传动平稳，同时通过双向滚珠丝杠的等速反向驱动能力，保证双轴拉伸试验中的试件中心静止不动。

所述的驱动单元包括X方向驱动机构和Y方向驱动机构，所述X方向驱动机构与传动单元的装配关系是：直流伺服电机Ⅰ0101通过电机支座Ⅰ0102固定，该电机支座Ⅰ与丝杠支座Ⅰ0001通过沉头螺钉连接；锥齿轮Ⅰ0103与伺服电机Ⅰ0101通过销钉连接，锥齿轮Ⅱ0104与蜗杆Ⅰ0106通过销钉连接，两个锥齿轮Ⅰ、Ⅱ呈90°啮合；蜗杆Ⅰ0106两端通过滚珠轴承与左右两个蜗杆支座Ⅰ0105、蜗杆支座Ⅱ0109配合固定；涡轮Ⅰ0107、涡轮Ⅱ0108与精密滚珠丝杠端部通过轴肩和止推垫片0110轴向固定，并且与蜗杆Ⅰ0106啮合传动；精密滚珠丝杠外装精密轴承，由丝杠支座Ⅱ0002、丝杠支座Ⅳ0004支撑，丝杠支座Ⅱ0002、丝杠支座Ⅳ0004通过沉头螺钉与底座0005连接；丝杠螺母Ⅰ~Ⅳ0119~0122与精密滚珠丝杠螺纹连接，并通过沉头螺钉固定在滑动丝杠螺母座Ⅰ、Ⅱ0111、0112上；滑动丝杠螺母座Ⅰ、Ⅱ的连接滑块与导轨组件配合，由导轨组件提供支撑导向，保证螺母座受力均衡。

所述的Y方向驱动机构与传动单元的装配关系是：直流伺服电机Ⅱ0201通过电机支座Ⅱ0202固定，该电机支座Ⅱ与丝杠支座Ⅳ0004通过沉头螺钉连接；锥齿轮Ⅲ0203与直流伺服机Ⅱ0201通过销钉连接，锥齿轮Ⅳ0204与蜗杆Ⅱ0207通过销钉连接，锥齿轮Ⅲ、Ⅳ呈90°啮合；蜗杆Ⅱ0207两端通过滚珠轴承与左右两轴承座配合固定在在蜗杆支座Ⅱ0109和蜗杆支座Ⅲ0205上，蜗杆支座0109Ⅱ固定在丝杠支座Ⅲ0003上，蜗杆支座0205Ⅲ固定在丝杠支座Ⅲ0003上；涡轮Ⅲ0206、涡轮Ⅳ0208与精密滚珠丝杠端部通过轴肩和止推垫片轴向固定，并且与蜗杆Ⅱ0207啮合传动；精密滚珠丝杠外装精密轴承，由丝杠支座Ⅰ、Ⅲ0001、0003支撑，丝杠支座Ⅰ、Ⅲ0001、0003通过沉头螺钉与底座0005连接；丝杠螺母Ⅴ~Ⅷ0216~0219与精密滚珠丝杠螺纹连接，并通过沉头螺钉固定在滑动丝杠螺母座Ⅲ0209、滑动丝杠螺母座Ⅳ0210上；滑动丝杠螺母座Ⅲ、Ⅳ的连接滑块与导轨组件配合，由导轨组件提供支撑导向，保证螺母座受力均衡。

所述的传动单元包括X方向传动机构和Y方向传动机构，所述X方向传动机构中，涡轮Ⅰ0107、涡轮Ⅱ0108与蜗杆Ⅰ0106相啮合，放置在蜗杆Ⅰ0106下侧；所述Y方向传动机构中，涡轮Ⅲ0206、涡轮Ⅳ0208放置在蜗杆Ⅱ0207上侧，与蜗杆Ⅱ0207相啮合；Y方向的滑动丝杠螺母座Ⅲ0209、滑动丝杠螺母座Ⅳ0210设计成下凹式的结构，X方向的滑动丝杠螺母座Ⅰ0111、滑动丝杠螺母座Ⅱ0112设计成上凸式的结构，这两个设计方案都可以大幅度减小平台的纵向高度，进而减小仪器的整体尺寸，使结构更加的紧凑，便于放置在扫描电镜中观察。

所述的夹持单元是：具有25°倾斜角的夹具Ⅰ0301、夹具Ⅱ0307一端通过沉头螺钉连接，另一端与拉压力传感器Ⅰ、Ⅱ0113、0211螺纹连接，实现对试件0310在X方向与水平面呈25°角的夹持；Y方向依靠两个铰链Ⅰ、Ⅱ0311、0306夹持，通过铰链Ⅰ、Ⅱ的绕轴转动，可以减小由于试件拉伸过程中产生的角度偏移，即确保试件能够仅受拉力，不会受到由弯曲载荷而产生的影响，拉压力传感器Ⅰ、Ⅱ测量数据更真实。试件0310置于夹具体Ⅰ、Ⅱ的凹槽内，通过压板Ⅰ~Ⅳ0303、0309、0304、0312与螺钉Ⅰ~Ⅳ0302、0308、0305、0313紧固；配合45°倾角支架0006，实现试样被测区域与二次电子背散射探测器成70°角，以便背散射信号充分强化，能被荧光屏接收。从而实现在扫描电子显微镜内完成材料在平面应力状态下的表面微观形貌观察和晶体取向分析。下层夹具由两个铰链组成，通过铰链的绕轴转动，可以减小由于试件拉伸过程中产生的角度偏移，即确保试件能够仅受拉力，不会受到由弯曲载荷而产生的影响，拉压力传感器Ⅰ、Ⅱ测量数据更真实。

所述的检测单元的精密拉压力传感器Ⅰ0113的螺纹杆一端与顶板Ⅰ0114螺纹连接，用螺母拧紧，另一端与通过连接件0115与夹持单元连接；精密拉压力传感器Ⅱ0211的螺纹杆一端与顶板Ⅱ0212螺纹连接，并用螺母拧紧，另一端通过滑动与夹持单元连接；丝杠支座Ⅱ0002、Ⅲ0003设计成中间开口形式，可以保证滑动丝杠螺母座Ⅰ~Ⅳ向外拉伸时不会被阻挡。

光学观测单元通过基于扫描电子显微镜下的EBSD观察固态物质的表面超微结构的形态和组成，通过CCD相机观测材料的晶体形状的变化，原位双轴拉伸测试仪器可以在扫描电子显微镜的狭小空间内实现对试件的加载和力学检测，进而为实时的观测材料微观晶体结构的变化提够了保障。

X方向上夹具体的连接件0115两侧固定精密滑块，通过导轨滑块机构可以实现导轨方向的自由移动，连接件0115上依靠紧定螺钉与铰链Ⅰ0311连接；另一侧的铰链Ⅱ0306与滑动丝杠螺母座Ⅰ0111通过沉头螺钉连接；铰链Ⅰ、Ⅱ0311、0306可以绕自身的转轴自由转动，保持试件在拉伸的过程中不会受到弯矩的影响，夹具上有小孔，起到对试件的定位和导向作用。

Y方向上，夹具Ⅱ0307与拉压力传感器Ⅱ0211通过螺纹连接在滑动丝杠螺母座Ⅳ0210内；夹具体Ⅰ0301通过沉头螺钉固定在滑动丝杠螺母座Ⅲ0209上；两夹具的倾斜面与水平面呈25°，其上有小孔，起到对试件的定位和导向作用。

45°倾角支架0006与底座0005呈45°夹角焊接，45°倾角支架0006与底座0005间加有两条肋板，加固支撑，与夹具单元共同提供一个70°倾角便于EBSD观测。

图7是本发明实施例中的一种扫描电子显微镜中原位双轴拉伸测试仪器的安装示意图，图1是本发明实施例中的准静态原位双轴拉伸测试仪的结构示意图。本发明实施例提供一种扫描电子显微镜中原位双轴拉伸测试仪器，包括扫描电子显微镜以及置于所述扫描电子显微镜内部的原位双轴拉伸测试仪器。具体地，扫描电子显微镜内部包括移动平台、背散射电子衍射探头、二次电子探头、能谱探头、极靴。其中移动平台固定在扫描电子显微镜的舱门上，可以实现水平平移、上升、扭转、翻转等动作，用于连接样品托架和各类试验台。

使用时，先将该多功能疲劳测试仪器通过连接螺钉固定在连接板上，然后再用连接螺钉将连接板整体固定在移动平台的载物台上。

关闭舱门，启动真空泵，将扫描电子显微镜内部抽成真空，其后微调移动平台使其带观测试样位于电子束的正下方，其后启动电机，施加载荷。探头接收与样品相互作用后的各类信号，获取样品的形貌，成分，晶体学取向等信息。

以上所述仅为本发明的优选实例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡对本发明所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种准静态原位双轴拉伸性能测试仪器，其特征在于：包括驱动单元、传动单元、夹持单元和检测单元；所述驱动单元由两个直流伺服电机分别为X、Y两个方向提供动力源，电机输出力矩首先由传动单元的涡轮机构完成减速与换向，驱动X或Y方向上两对四根精密梯形丝杠螺母副，带动夹持单元完成直线运动；夹持单元依靠滑动螺母座上安装的夹具体对试件进行夹持，实现载荷加载；其中Y方向夹具，具有25°预制倾斜角，X方向夹具上装有铰链，利用铰链结构使试件绕铰链的转轴自由转动，保持试件在拉伸的过程中不会受到弯矩的影响；检测单元通过拉压力传感器Ⅰ、Ⅱ（0113、0211）对试件的载荷进行测量。

2.根据权利要求1所述的准静态原位双轴拉伸性能测试仪器，其特征在于：所述的驱动单元与传动单元，由两个伺服电机Ⅰ、Ⅱ分别独立进行加载，通过蜗轮机构控制X方向的梯形丝杠Ⅰ（0117）、梯形丝杠Ⅱ（0118）以及Y方向梯形丝杠Ⅲ（0214）、梯形丝杠Ⅳ（0215）转动，梯形丝杠Ⅰ~Ⅳ上分别配合有丝杠螺母，丝杠螺母分别带动X方向的滑动丝杠螺母座Ⅰ（0111）、滑动丝杠螺母座Ⅱ（0112）及Y方向的滑动丝杠螺母座Ⅲ（0209）、滑动丝杠螺母座Ⅳ（0210），滑动丝杠螺母座Ⅰ~Ⅳ在双向加载过程中相向移动、互不干扰，依靠夹持单元制约相互联系，每一层滑动丝杠螺母座都由两根T型导轨提供导向和支撑，保证传动过程中的受力平衡。

3.根据权利要求2所述的准静态原位双轴拉伸性能测试仪器，其特征在于：所述的驱动单元包括X方向驱动机构和Y方向驱动机构，所述X方向驱动机构与传动单元的装配关系是：直流伺服电机Ⅰ（0101）与行星齿轮减速器Ⅰ（0116）的一端连接，另一端通过电机支座Ⅰ（0102）固定，该电机支座Ⅰ与丝杠支座Ⅰ（0001）通过沉头螺钉连接；锥齿轮Ⅰ（0103）与行星齿轮减速器（0116）通过销钉连接，锥齿轮Ⅱ（0104）与蜗杆Ⅰ（0106）通过销钉连接，两个锥齿轮Ⅰ、Ⅱ呈90°啮合；蜗杆Ⅰ（0106）两端通过滚珠轴承与左右两个蜗杆支座Ⅰ（0105）、蜗杆支座Ⅱ（0109）配合固定；涡轮Ⅰ（0107）、涡轮Ⅱ（0108）与精密滚珠丝杠端部通过轴肩和止推垫片Ⅰ（0110）、止推垫片Ⅱ（0121）轴向固定，并且与蜗杆Ⅰ（0106）啮合传动；精密滚珠丝杠外装精密轴承，由丝杠支座Ⅱ（0002）、丝杠支座Ⅳ（0004）支撑，丝杠支座Ⅱ（0002）、丝杠支座Ⅳ（0004）通过沉头螺钉与底座（0005）连接。

4.根据权利要求3所述的准静态原位双轴拉伸性能测试仪器，其特征在于：所述的Y方向驱动机构与传动单元的装配关系是：直流伺服电机Ⅱ（0201）与行星齿轮减速器Ⅱ（0213）的一端连接，通过电机支座Ⅱ（0202）固定，该电机支座Ⅱ与丝杠支座Ⅳ（0004）通过沉头螺钉连接；锥齿轮Ⅲ（0203）与行星齿轮减速器Ⅱ（0213）通过销钉连接，锥齿轮Ⅳ（0204）与蜗杆Ⅱ（0207）通过销钉连接，锥齿轮Ⅲ、Ⅳ呈90°啮合；蜗杆Ⅱ（0207）两端通过滚珠轴承及轴承座配合固定在蜗杆支座Ⅱ（0109）和蜗杆支座Ⅲ（0205）上；涡轮Ⅲ（0206）、涡轮Ⅳ（0208）与精密滚珠丝杠端部通过轴肩和止推垫片轴向固定，并且与蜗杆Ⅱ（0207）啮合传动；精密滚珠丝杠外装精密轴承，由丝杠支座Ⅰ、Ⅲ（0001、0003）支撑，丝杠支座Ⅰ、Ⅲ（0001、0003）通过沉头螺钉与底座（0005）连接。

5.根据权利要求1所述的准静态原位双轴拉伸性能测试仪器，其特征在于：所述的传动单元包括X方向传动机构和Y方向传动机构，所述X方向传动机构中，涡轮Ⅰ（0107）、涡轮Ⅱ（0108）与蜗杆Ⅰ（0106）相啮合，放置在蜗杆Ⅰ（0106）下侧；所述Y方向传动机构中，涡轮Ⅲ（0206）、涡轮Ⅳ（0208）放置在蜗杆Ⅱ（0207）上侧，与蜗杆Ⅱ（0207）相啮合；Y方向的滑动丝杠螺母座Ⅲ（0209）、滑动丝杠螺母座Ⅳ（0210）设计成下凹式的结构，X方向的滑动丝杠螺母座Ⅰ（0111）、滑动丝杠螺母座Ⅱ（0112）设计成上凸式的结构。

6.根据权利要求1所述的准静态原位双轴拉伸性能测试仪器，其特征在于：所述的夹持单元是：具有25°倾斜角的夹具Ⅰ（0301）、夹具Ⅱ（0307）一端通过沉头螺钉连接，另一端与拉压力传感器Ⅰ、Ⅱ（0113、0211）器螺纹连接，实现对试件（0310）在X方向与水平面呈25°角的夹持；Y方向依靠两个铰链Ⅰ、Ⅱ（0311、0306）夹持；试件（0310）置于夹具体Ⅰ、Ⅱ的凹槽内，通过压板Ⅰ~Ⅳ（0303、0309、0304、0312）与螺钉Ⅰ~Ⅳ（0302、0308、0305、0313）紧固；配合45°倾角支架（0006），实现试样被测区域与二次电子背散射探测器成70°角。

7.根据权利要求1所述的准静态原位双轴拉伸性能测试仪器，其特征在于：所述的检测单元的拉压力传感器Ⅰ（0113）一端与顶板Ⅰ（0114）螺纹连接，另一端与通过连接件（0115）与夹持单元连接；拉压力传感器Ⅱ（0211）一端与顶板Ⅱ（0212）螺纹连接，另一端通过滑动与夹持单元连接。

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