CN114184506A - 一种可自主调整试样表面水平度的纳米压痕测试装置 - Google Patents

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张仁博
汪杰
徐克�
许良元
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孙军
方继红
程迁
赵弘
蔡联合
周健飞
蒋珂
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Abstract

本发明涉及一种可自主调整试样表面水平度的纳米压痕测试装置可对纳米压痕试样进行自动调平试样表面，同时不用再次改变试样表面处理状态及夹持状态。其特征在于：包括纳米压痕仪部分，试样自动调平机构、气浮隔震台。所述的试样调平机构通过底部螺栓固定在底部机架上，纳米压痕仪整体设在气浮隔震台上。本发明与现有技术相比，将液压调平系统与平面位移系统相结合，研发了一种全自动的纳米压痕仪自动调平装置，不仅解决了传统平台装夹后无法得到试样表面平整度的信息，同时也解决了传统平台一次装夹后无发法在二次调平试样的问题。

Description

一种可自主调整试样表面水平度的纳米压痕测试装置
技术领域
本发明涉及一种可自主调整试样表面水平度的纳米压痕测试装置，尤其是一种适用于试样装夹后，能够对试样进行再次可自主调整试样表面水平度的纳米压痕测试装置。
技术背景
纳米压痕技术是通过在特定形状的刚性压头上施加一定的载荷，压入被测样品的表面，与此同时通过位移传感器实现压入样品深度信号的采集。因为压头压入的深度一般控制在微纳米的尺度下，所以纳米压痕测试仪的载荷和位移传感器就应当具有n N和nm的分辨力，在实际这个加载过程中会带来一些误差，特别是在压入深度测量当中存在着偏移量。问题主要来自测试环境(温度、噪声等)、测试仪器(压头的形状及尖端缺陷、接触零点的确定、位移和载荷的分辨力、机架柔度等)、被测样品的表面特征(粗糙度等)及被测材料的性质三个方面。对于商用的纳米压痕仪来说，载荷和位移分辨力、设备的柔度、噪声等基本上是固定的。而纳米压痕测试原理的前提是假设被测样品表面为理想平面，所以被测样品的表面倾斜度的影响极为重要，其直接影响着接触零点的确定，影响着压入深度的测量，影响着载荷，而深度和载荷正是计算硬度和弹性模量的基本参量。其一般要求试样测试面应垂直于试验载荷的方向，建议测试面倾斜小于1°。而在人工试样处理及装夹试样的过程中，都会产生误差，若试验台无测量及调平功能，就会产生巨大误差，而检测出后也要再次对试样进行处理加工然后二次装夹，这期间又可能会在产生误差，从而增加时间成本。
发明内容
本发明的目的在于提供一种适用于纳米压痕试样装夹后，能够对试样表面进行检测及二次调平的纳米压痕仪自动调平平台。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
本发明其特点在于：包括纳米压痕仪部分，试样自动调平机构、气浮隔震台。所述的试样调平机构通过底部螺栓固定在底部机架上，纳米压痕仪整体设在气浮隔震台上；
上述的纳米压痕仪部分由机架、宏观驱动系统、微观压头、底座组成。所述宏观驱动部分由宏观驱动电机、宏观压头支架滑块、宏观压头套筒、微观压头套筒以及支架导轨组成。所述宏观驱动电机通过宏观压头支架滑块上所设的电机支架凸台与宏观压头支架滑块相连。所述宏观支架滑块通过两条支架导轨与机架连接，所述宏观压头套筒为宏观压头支架的一部分为一体成型结构。所述微观压头套筒通过与宏观压头套筒套合与宏观压头支架连接。此部分为试验机主体。所述微观压头其功能是通过压头内部的压电叠堆所提供的微观驱动力，来实现对物体表面的微观施压，同时通过其中的位移传感器与设在压头中部的力传感器来进行微观力和位移的测量；
上述的试样调平机构与底部机架相连，所述试样调平机构由由检测总成、液压调平总成、底部平面位移系统组成。所述试样自动调平平台由检测总成、液压调平总成、底部平面位移系统组成；
上述的检测总成由顶部支架、激光传感器组成通过支架套筒与底部支架相连接。通过三个激光传感器可测得试样表面三个点的坐标以此实现测得一个空间平面，以实现对试样表面空间姿态判定的作用；
上述液压调平总成，是由试样调平托盘、定位球销、液压调平伸缩杆、底部托盘组成。所述定位球销与底部托盘相连，所述试样调平托盘通过位于托盘下底面中心的定位球销孔与定位球销的配合和三个液压调平伸缩杆与底部托盘相连，所述定位球销与底部托盘相连，实现试样调平托盘的上下定位及锁定旋转的作用。所述液压调平伸缩杆通过底部液压缸体与底部托盘连接，通过液压驱动给位于其上方的试样调平托盘提供支撑力与进行平面调平时的驱动力。所述试样调平托盘通过位于托盘下底面中心的定位球销孔与定位球销的配合和三个液压调平伸缩杆与底部托盘相连，通过底部三个液压调平伸缩杆的伸缩来调整底部托盘下表面三个点的空间高度，进而来调整整个试样调平托盘的空间姿态，使试样的表面平整地与压头相对，从而实现减小实验误差；
上述底部平面位移系统由底部机架、底部平面位移滑块、底部横向丝杆、纵向丝杆、底部横向支撑滑块，底部纵向支撑滑块，组成。所述底部机架通过底部的滑槽开口与横、纵向支撑滑块连接，所述横、纵向驱动电机通过底部横、纵向驱动电机滑块内的联轴器与丝杆相连接，所述底部平面位移滑块通过底部纵向丝杠与底部横向丝杠螺旋配合连接，通过底部托盘下方的装配槽与底部托盘连接紧固；
上述所述底部平面位移滑块通过底部纵向丝杠与底部横向丝杠螺旋配合连接，通过底部托盘下方的装配槽与底部托盘连接紧固，通过横向丝杆和纵向丝杆的推动来实现试样的平面位移校正，从而来实现消除通过空间调平后所产生的平面横向、纵向误差；
上述气浮隔震台，用螺丝通过底部机架上的开孔与气浮隔震台紧固，为在实验中消除由地面空间中传来的微小震动。
本发明与现有技术相比，适用于纳米压痕试样住装夹后，通过试样调平机构，检测，调平，实现对试样表面倾斜度的调整，提高了实验精度。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为图一中的试样调平机构的侧向放大图；
图3为图一中的试样调平机构正向放大图；
图4为图2中液压调平总成的放大图。
图示中：1为机架，2为支架导轨，3为宏观驱动电机，4为电机支架凸台，5为宏观压头套筒，6为微观压头套筒，7微观压头套筒，8为微观压头，9为检测总成，10为液压调平总成，11为底部平面位移系统，12为底部支架，13为气浮隔震台，901为顶部支架，902为激光传感器，1001为试样，1002为试样调平托盘，1003为定位球销，1004为液压调平伸缩杆，1005为液压缸体，1006为底部托盘，1101、1110为横、纵向驱动电机，1102、1112为底部横、纵电机滑块导轨，1103、1111为横、纵向驱动电机滑块，1104为底部横向丝杆，1105为底部平面位移滑块，1106为纵向丝杆，1107为底部纵向支撑滑块，1108为底部机架，1109为底部横向支撑滑块。
具体实施方式
参照附图1-3，包括纳米压痕仪部分：机架1、支架导轨2、宏观驱动电机3、电机支架凸台4、宏观滑动支架5、宏观压头套筒6、微观压头套筒7、微观压头8、试样自动调平机构：检测总成9、液压调平总成10、底部平面位移系统11、气浮隔震台13；所述的试样调平机构通过底部螺栓固定在底部机架12上，纳米压痕仪整体设在气浮隔震台13上。
所述纳米压痕仪部分由机架1、宏观驱动系统、微观压头6、底座12组成。所述宏观驱动部分由宏观驱动电机3、宏观压头支架滑块5、宏观压头套筒6、微观压头套筒7以及支架导轨2组成。所述宏观驱动电机3通过宏观压头支架滑块5上所设的电机支架凸台4与宏观压头支架滑块5相连，以实现给微观压头套筒7提供大幅度的宏观进给驱动力。所述宏观支架滑块5通过两条支架导轨2与机架1连接，以实现微观压头8的宏观定位，所述宏观压头套筒6为宏观压头支架5的一部分为一体成型结构，其作用是给予微观压头套筒7提供必要的支撑。所述微观压头套筒7通过与宏观压头套筒6套合与宏观压头支架5连接，通过宏观压头支架滑块5上方的宏观驱动电机3所提供的驱动力，来实现压头的大幅度宏观位移，以实现快速接近试样表面的功能。
所述微观压头8，通过压头末端的连接支柱装夹在微观压头套筒6上，其功能是通过压头内部的压电叠堆所提供的微观驱动力，来实现对物体表面的微观施压，同时通过其中的位移传感器与设在压头中部的力传感器来进行微观力和位移的测量。
所述试样自动调平平台由检测总成9、液压调平总成10、底部平面位移系统11组成。
所述的检测总成9由顶部支架901、激光传感器902组成通过支架套筒与底部支架相连接，其功能为通过三个激光传感器902可测得试样1001表面三个点的坐标以此实现测得一个空间平面，以实现对试样表面空间姿态判定的作用。
所述液压调平总成10，是由试样调平托盘1002、定位球销1003、液压调平伸缩杆1004、底部托盘1006组成。所述定位球销1003与底部托盘1006相连，实现试样调平托盘的上下定位及锁定旋转的功能。所述液压调平伸缩杆1004通过底部液压缸体1005与底部托盘1006连接，通过液压驱动给位于其上方的试样调平托盘提供支撑力与进行平面调平时的驱动力。
所述试样调平托盘1002通过位于托盘下底面中心的定位球销孔与定位球销1003的配合和三个液压调平伸缩杆1004与底部托盘1002相连，其功能为，通过底部三个液压调平伸缩杆1004的伸缩来调整底部托盘1002下表面三个点的空间高度，进而来调整整个试样调平托盘的空间姿态，使试样1001的表面平整地与压头相对，从而实现减小实验误差的目的。
所述底部平面位移系统11由底部机架1108、横、纵向驱动电机1101、1110、底部横、纵电机滑块导轨1102、1112、底部平面位移滑块1105、底部横向丝杆1104、纵向丝杆1106、横向支撑滑块1109，底部纵向支撑滑块1107，横、纵向驱动电机滑块1103、1111、组成。所述底部机架1108通过底部的滑槽开口与横、纵向支撑滑块1109、1107连接，其作用为给横纵向支撑滑块提供必要的支撑力与滑动轨道，同时底部机架1108与顶部支架901通过底支架后方的固定套筒套合紧固相连接，其作用为顶部支架提供必要的支撑力。所述横、纵向驱动电机1101、1110通过底部横、纵向驱动电机滑块1103、1111内的联轴器与丝杆相连接，通过底部横、纵电机滑块导轨1102、1112与底部支架1108滑动连接，其作用为给丝杆提供驱动力，从而实现对底部平面位移滑块1105的控制。
所述底部平面位移滑块1105通过底部纵向丝杠1106与底部横向丝杠1104螺旋配合连接，通过底部托盘1002下方的装配槽与底部托盘1002连接紧固，其功能为通过横向1004和纵向丝杆1006的推动来实现试样的平面位移校正，从而来实现消除通过空间调平后所产生的平面横向、纵向偏差的功能。
所述气浮隔震台13，用螺丝通过底部机架12上的开孔与气浮隔震台13紧固，其作用为在实验中消除由地面空间中传来的微小震动。

Claims (4)

1.一种可自主调整试样表面水平度的纳米压痕测试装置，其特征在于：包括纳米压痕仪部分，试样自动调平机构、气浮隔震台；所述的试样调平机构通过底部螺栓固定在底部机架上，纳米压痕仪整体设在气浮隔震台上。
2.根据权利要求1所述的一种可自主调整试样表面水平度的纳米压痕测试装置，其特征在于：所述的纳米压痕仪部分由机架、宏观驱动系统、微观压头、底座组成；所述宏观驱动部分由宏观驱动电机、宏观压头支架滑块、宏观压头套筒、微观压头套筒以及支架导轨组成；所述宏观驱动电机通过宏观压头支架滑块上所设的电机支架凸台与宏观压头支架滑块相连；所述宏观支架滑块通过两条支架导轨与机架连接，所述宏观压头套筒为宏观压头支架的一部分为一体成型结构；所述微观压头套筒通过与宏观压头套筒套合与宏观压头支架连接。
3.根据权利要求1所述的一种可自主调整试样表面水平度的纳米压痕测试装置，其特征在于：所述的试样调平机构与底部机架相连，所述试样调平机构由由检测总成、液压调平总成、底部平面位移系统组成；所述试样自动调平平台由检测总成、液压调平总成、底部平面位移系统组成；所述的检测总成由顶部支架、激光传感器组成通过支架套筒与底部支架相连接；所述液压调平总成，是由试样调平托盘、定位球销、液压调平伸缩杆、底部托盘组成；所述定位球销与底部托盘相连，所述试样调平托盘通过位于托盘下底面中心的定位球销孔与定位球销的配合和三个液压调平伸缩杆与底部托盘相连，所述底部平面位移系统由底部机架、底部平面位移滑块、底部横向丝杆、纵向丝杆、底部横向支撑滑块，底部纵向支撑滑块，组成；所述底部机架通过底部的滑槽开口与横、纵向支撑滑块连接，所述横、纵向驱动电机通过底部横、纵向驱动电机滑块内的联轴器与丝杆相连接，所述底部平面位移滑块通过底部纵向丝杠与底部横向丝杠螺旋配合连接，通过底部托盘下方的装配槽与底部托盘连接紧固。
4.根据权利要求1所述的一种可自主调整试样表面水平度的纳米压痕测试装置，其特征在于：所述底部机架下方设有气浮隔震台。
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Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101793911A (zh) * 2010-04-09 2010-08-04 北京工业大学 一种基于扫描电镜的纳米压痕系统
CN102288500A (zh) * 2011-05-09 2011-12-21 中国人民解放军装甲兵工程学院 一种高精度仪器化压入仪及金刚石压头压入试样深度的计算方法
CN104596873A (zh) * 2015-01-26 2015-05-06 吉林大学 具有真空防护性的变温微纳米压痕测试系统及方法
CN205981945U (zh) * 2016-08-26 2017-02-22 吉林大学 基于双轴拉伸载荷下的原位压痕力学测试装置
CN107255589A (zh) * 2017-06-16 2017-10-17 爱佩仪中测（成都）精密仪器有限公司 便于工件硬度检测的平面调整机构
CN108163805A (zh) * 2017-12-16 2018-06-15 渤海大学 用于mems微结构动态特性测试的三轴式激振装置
CN108168815A (zh) * 2017-12-16 2018-06-15 渤海大学 一种由压电陶瓷驱动的mems微结构三轴式激励装置
CN108225700A (zh) * 2017-12-16 2018-06-29 渤海大学 一种由压电陶瓷驱动的mems微结构四轴式激励装置
CN109900585A (zh) * 2019-03-29 2019-06-18 河南省计量科学研究院 一种标准布氏硬度计
CN110842767A (zh) * 2019-11-27 2020-02-28 中原工学院 一种磨削加工自动调整工作台
CN111855457A (zh) * 2020-07-14 2020-10-30 吉林大学 变温工况下可溯源的原位微纳米压痕测试仪器及方法

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101793911A (zh) * 2010-04-09 2010-08-04 北京工业大学 一种基于扫描电镜的纳米压痕系统
CN102288500A (zh) * 2011-05-09 2011-12-21 中国人民解放军装甲兵工程学院 一种高精度仪器化压入仪及金刚石压头压入试样深度的计算方法
CN104596873A (zh) * 2015-01-26 2015-05-06 吉林大学 具有真空防护性的变温微纳米压痕测试系统及方法
CN205981945U (zh) * 2016-08-26 2017-02-22 吉林大学 基于双轴拉伸载荷下的原位压痕力学测试装置
CN107255589A (zh) * 2017-06-16 2017-10-17 爱佩仪中测（成都）精密仪器有限公司 便于工件硬度检测的平面调整机构
CN108163805A (zh) * 2017-12-16 2018-06-15 渤海大学 用于mems微结构动态特性测试的三轴式激振装置
CN108168815A (zh) * 2017-12-16 2018-06-15 渤海大学 一种由压电陶瓷驱动的mems微结构三轴式激励装置
CN108225700A (zh) * 2017-12-16 2018-06-29 渤海大学 一种由压电陶瓷驱动的mems微结构四轴式激励装置
CN109900585A (zh) * 2019-03-29 2019-06-18 河南省计量科学研究院 一种标准布氏硬度计
CN110842767A (zh) * 2019-11-27 2020-02-28 中原工学院 一种磨削加工自动调整工作台
CN111855457A (zh) * 2020-07-14 2020-10-30 吉林大学 变温工况下可溯源的原位微纳米压痕测试仪器及方法

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