原位納米拉伸實驗測量檢測裝置的製作方法

2023-09-15 23:15:50 2

專利名稱：原位納米拉伸實驗測量檢測裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種拉伸實驗測量檢測裝置。
技術背景通常對於納米複合功能材料的機械性能的檢測是釆用拉伸實驗的方法， 通過獲得實時的應力-應變曲線來分析材料的斷裂特性、彈性模量等機械性能 參數。納米複合功能材料的微觀形貌對其機械性能影響很大，目前主要採用掃描電子顯微鏡(SEM)及原子力顯微鏡(AFM)等手段對納米複合功能材料的 微觀結構進行表徵。人們從拉伸實驗和微觀結構檢測兩種實驗手段得到的數 據進行分析，進而優化納米功能材料的製作工藝。在此過程中，機械性能的 測量及微觀形貌的檢測是獨立的、分離的兩個過程。目前的研究結果表明， 如果將兩個過程合二為一，研究諸如對材料局部裂紋的實時跟蹤觀察；在 拉伸過程中，複合材料中不同相之間斷裂或脫離分開的狀態及規律；材料局 部微觀結構的變化的觀測等一系列相關問題，不但可以進一步優化納米複合 材料的加工製作工藝過程，還能夠從機理上深入理解複合材料的失效機理等 理論問題。然而這些問題的研究都需要動態觀察樣件在受力狀態下微觀形貌 的變化。因此制約這個領域的發展的根源在於缺乏一種方便易行的在加載過 程中能夠測量微觀形貌的合二為一的測量檢測技術。因此，設計一種機械性 能的測量及微觀形貌的檢測兩個過程合二為一的測量檢測裝置成為亟待解決 的問題。發明內容本發明的目的是為了解決現有的機械性能的測量及微觀形貌的檢測是獨 立的、分離的兩個過程的問題，進而提供一種原位納米拉伸實驗測量檢測裝 置。本發明的技術方案是原位納米拉伸實驗測量檢測裝置由檢測裝置和拉 伸測量裝置組成，所述檢測裝置由檢測系統和工作檯組成，所述檢測系統旋 於工作檯的上方；所述拉伸測量裝置包括步進電機、聯軸器、機架側板、機架底板、導軌、左右旋絲槓、左車架組、左夾具、右夾具、右夾具連接塊、 右車架組、力傳感器、力傳感器保持架、軸承座、讀數裝置、參考器支架、 光柵尺和參考器，所述左右旋絲槓的左側為右旋絲，左右旋絲槓的右側為左 旋絲，所述機架底板的左端面上固裝有機架側板，所述機架側板的左端面上 固裝有步進電機，步進電機的輸出軸穿過機架側板的安裝孔與聯軸器固接， 所述機架底板的前後凸臺的上端面上固裝有導軌，所述導軌的左右兩端分別 安裝有左車架組和右車架組，所述左車架組的左滑塊和右車架組的右滑塊與 導軌滑動配合，所述左右旋絲槓的右旋絲端穿過左車架組與聯軸器固接，左 右旋絲槓的左旋絲端穿過右車架組與軸承座滑動連接，所述左右旋絲槓的兩 端分別與左車架組的左法蘭絲母和右車架組的右法蘭絲母螺紋連接，所述左 夾具安裝在左車架組的左車架的凹槽內，所述右夾具連接塊安裝在右車架組 的右車架的凹槽內，所述右夾具安裝在右夾具連接塊的凹槽內，所述右車架組的右車架的右端面上固裝有力傳感器保持架，所述力傳感器的左右端面分 別與右夾具連接塊和力傳感器保持架固接，所述參考器支架固裝在右車架組的右車架的上端面上，所述參考器固裝在參考器支架的凸沿的下端面上，所 述光柵尺固裝在右車架組的右車架的前端面上，所述讀數裝置安裝在機架底板右端的前端面上；所述拉伸測量裝置固裝在檢測裝置的工作檯上。本發明與現有技術相比具有以下有益效果本發明將機械性能的測量及 微觀形貌的檢測兩個獨立的、分離的過程有機結合，本發明促進了需要對樣 品在受力狀態下微觀形貌變化進行動態觀察的研究領域的進一步發展，如薄 膜材料的失效機理研究、生物材料在受力過程中的形態變化以及其它微小零 部件的失效機理分析等領域。綜上所述，本發明對納米複合功能材料的機械 性能的測量及微觀形貌的檢測具有重要的理論意義和良好的應用前景。


圖1是拉伸測量裝置的立體圖，圖2是本發明的整體結構主視圖示意圖， 圖3是拉伸測量裝置的俯視圖，圖4是圖3的A-A剖視圖，圖5是圖4的B 向視圖，圖6是圖4的C-C局部剖面圖，圖7是圖4的D-D局部剖面圖。
具體實施方式
具體實施方式
一結合圖1 圖7說明本實施方式，本實施方式由檢測裝置和拉伸測量裝置41組成，所述檢測裝置由檢測系統45和工作檯46組成， 所述檢測系統45旋於工作檯46的上方；其特徵在於所述拉伸測量裝置41 包括步進電機1、聯軸器2、機架側板3、機架底板4、導軌7、左右旋絲槓8、 左車架組42、左夾具ll、右夾具13、右夾具連接塊14、右車架組43、力傳 感器18、力傳感器保持架19、軸承座21、讀數裝置44、參考器支架30、光 柵尺31和參考器34，所述左右旋絲槓8的左側為右旋絲，左右旋絲槓8的 右側為左旋絲，所述機架底板4的左端面上固裝有機架側板3，所述機架側 板3的左端面上固裝有步進電機1，所述步進電機1的輸出軸1-1穿過機架 側板3的安裝孔3-1與聯軸器2固接，所述機架底板4的前後凸臺4-1的上 端面上固裝有導軌7，所述導軌7的左右兩端分別安裝有左車架組42和右車 架組43，所述左車架組42的左滑塊16和右車架組43的右滑塊33與導軌7 滑動配合，所述左右旋絲槓8的右旋絲端穿過左車架組42與聯軸器2固接, 左右旋絲槓8的左旋絲端穿過右車架組43與軸承座21滑動連接，所述左右 旋絲槓8的兩端分別與左車架組42的左法蘭絲母12和右車架組43的右法蘭 絲母23螺紋連接，所述左夾具11安裝在左車架組42的左車架9的凹槽9-1 內，所述右夾具連接塊14安裝在右車架組43的右車架17的凹槽17-1內， 所述右夾具13安裝在右夾具連接塊14的凹槽14-1內，所述右車架組43的 右車架17的右端面上固裝有力傳感器保持架19，所述力傳感器18的左右端 面分別與右夾具連接塊14和力傳感器保持架19固接，所述參考器支架30 固裝在右車架組43的右車架17的上端面上，所述參考器34固裝在參考器支 架30的凸沿30-1的下端面上，所述光柵尺31畫裝在右車架組43的右車架 17的前端面上，所述讀數裝置44安裝在機架底板4右端的前端面上；所述 拉伸測量裝置41固裝在檢測裝置的工作檯46上。所述步進電機1為外購件， 由德國百格拉(BERGELAR)生產，型號為VRDM364LHA;所述聯軸器2 為外購件，由北京阿沃德公司生產，型號為AWD6.35mm-10mm ;所述力傳 感器18為外購件，由美國Transcell Technology Inc生產，型號為Load Cell BAB-5M;所述光柵尺31為外購件，由英國雷尼紹(Renishaw)生產，型號為 RGS20-S。
具體實施方式
二結合圖1 圖4和圖6說明本實施方式，本實施方式的左車架組42由左滑塊16、左車架9、左絲母支座10和左法蘭絲母12組成， 所述左法蘭絲母12的外壁上固裝有左絲母支座10，所述左絲母支座10固裝 在左車架9的下端面上，所述左車架9固裝在左滑塊16的上端面上。如此設 置，左車架組42運行更平穩。其它組成和連接關係與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
三結合圖1 圖4和圖7說明本實施方式，本實施方式 的右車架組43由右滑塊33、右車架17、右絲母支座22和右法蘭絲母23組 成，所述右法蘭絲母23的外壁上固裝有右絲母支座22，所述右絲母支座22 固裝在右車架17的下端面上，所述右車架17固裝在右滑塊33的上端面上。 如此設置，右車架組43運行更平穩。其它組成和連接關係與具體實施方式
一 相同。
具體實施方式
四結合圖1 圖3和圖5說明本實施方式，本實施方式 的讀數裝置44由讀數頭支撐板28、讀數頭29和讀數頭支撐架32組成，所 述讀數頭支撐架32固裝在機架底板4右端的前端面上，所述讀數頭支撐板 28固裝在讀數頭支撐架32的上端面上，所述讀數頭29固裝在讀數頭支撐板 28的上端面上。所述讀數頭29為外購件，由英國雷尼紹(Renishaw)生產，型 號為RGH24Y30F30A 。如此設置，讀數裝置44運行更平穩。其它組成和連 接關係與具體實施方式
一相同。.具體實施方式
五結合圖2說明本實施方式，本實施方式的檢測裝置採 用的是CCD系統或AFM系統。CCD系統為外購件，由北京大恆公司生產， 型號為DH-HV2002UC; AFM系統為外購件，由美國Veeco公司生產，型號 為Dimension 3100。如此設置，可達到不同的檢測精度。其它組成和連接關 系與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
六結合圖1 圖4說明本實施方式，本實施方式與具體 實施方式一的不同點在於，拉伸測量裝置41還增加有絲槓支撐座6,所述絲 槓支撐座6固裝在聯軸器2與左車架組42之間的機架底板4上，且絲槓支撐 座6與左右旋絲槓8滑動配合。如此設置，左右旋絲槓8運行更平穩。其它 組成和連接關係與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
七結合圖1 圖4說明本實施方式，本實施方式與具體 實施方式一或六的不同點在於，拉伸測量裝置41還增加有L形機架側板連接塊5,所述L形機架側板連接塊5的底板5-1固裝在機架底板4的前後凸 臺4-1的上端面上，所述L形機架側板連接塊5的立板5-2固裝機架側板3 的右端面上。如此設置，加固了機架側板3與機架底板4的連接。其它組成 和連接關係與具體實施方式
一或六相同。
具體實施方式
八結合圖2、圖4和圖5說明本實施方式，本實施方式 與具體實施方式
七的不同點在於，拉伸測量裝置41還增加有左連接塊25和 右連接塊24，所述左連接塊25穿過機架底板4的左安裝孔4-2安裝在機架 底板4上，所述右連接塊24穿過機架底板4的右安裝孔4-3安裝在機架底板 4上。如此設置，便於安裝。其它組成和連接關係與具體實施方式
七相同。
具體實施方式
九結合圖2 圖4說明本實施方式，本實施方式與具體 實施方式八的不同點在於，拉伸測量裝置41還增加有兩個墊片15，所述兩 個墊片15分別安裝在右夾具連接塊14與力傳感器18之間和力傳感器保持架 19與力傳感器18之間。如此設置，便於調整。其它組成和連接關係與具體 實施方式八相同。結合圖1和圖7說明本發明的工作原理:檢測樣品通過左夾具11和右夾 具13固裝在左車架9和右車架17上，啟動步進電機l，步進電機l通過聯 軸器2驅動左右旋絲槓8,通過左法蘭絲母12和右法蘭絲母23將左右旋絲 槓8的旋轉運動轉換為左車架組42和右車架組43的直線運動，從而帶動檢 測樣件以相同的速度向相反方向運動，實現對檢測樣件的拉伸，並實現拉伸 過程中相同的中心點位置，以保證可以檢測同一點處的微觀形貌，同時力傳 感器18測量拉伸過程中的應力變化，光柵尺31和讀數頭29測量左法蘭絲母 12和右法蘭絲母23的直線位移，所得的信息用於檢測樣品的機械性能的分 析。
權利要求
1. 一種原位納米拉伸實驗測量檢測裝置，它由檢測裝置和拉伸測量裝置(41)組成，所述檢測裝置由檢測系統(45)和工作檯(46)組成，所述檢測系統(45)旋於工作檯(46)的上方；其特徵在於所述拉伸測量裝置(41)包括步進電機(1)、聯軸器(2)、機架側板(3)、機架底板(4)、導軌(7)、左右旋絲槓(8)、左車架組(42)、左夾具(11)、右夾具(13)、右夾具連接塊(14)、右車架組(43)、力傳感器(18)、力傳感器保持架(19)、軸承座(21)、讀數裝置(44)、參考器支架(30)、光柵尺(31)和參考器(34)，所述左右旋絲槓(8)的左側為右旋絲，左右旋絲槓(8)的右側為左旋絲，所述機架底板(4)的左端面上固裝有機架側板(3)，所述機架側板(3)的左端面上固裝有步進電機(1)，所述步進電機(1)的輸出軸(1-1)穿過機架側板(3)的安裝孔(3-1)與聯軸器(2)固接，所述機架底板(4)的前後凸臺(4-1)的上端面上固裝有導軌(7)，所述導軌(7)的左右兩端分別安裝有左車架組(42)和右車架組(43)，所述左車架組(42)的左滑塊(16)和右車架組(43)的右滑塊(33)與導軌(7)滑動配合，所述左右旋絲槓(8)的右旋絲端穿過左車架組(42)與聯軸器(2)固接，左右旋絲槓(8)的左旋絲端穿過右車架組(43)與軸承座(21)滑動連接，所述左右旋絲槓(8)的兩端分別與左車架組(42)的左法蘭絲母(12)和右車架組(43)的右法蘭絲母(23)螺紋連接，所述左夾具(11)安裝在左車架組(42)的左車架(9)的凹槽(9-1)內，所述右夾具連接塊(14)安裝在右車架組(43)的右車架(17)的凹槽(17-1)內，所述右夾具(13)安裝在右夾具連接塊(14)的凹槽(14-1)內，所述右車架組(43)的右車架(17)的右端面上固裝有力傳感器保持架(19)，所述力傳感器(18)的左右端面分別與右夾具連接塊(14)和力傳感器保持架(19)固接，所述參考器支架(30)固裝在右車架組(43)的右車架(17)的上端面上，所述參考器(34)固裝在參考器支架(30)的凸沿(30-1)的下端面上，所述光柵尺(31)固裝在右車架組(43)的右車架(17)的前端面上，所述讀數裝置(44)安裝在機架底板(4)右端的前端面上；所述拉伸測量裝置(41)固裝在檢測裝置的工作檯(46)上。
全文摘要
原位納米拉伸實驗測量檢測裝置，它涉及一種拉伸實驗測量檢測裝置。本發明解決了現有的機械性能的測量及微觀形貌的檢測是獨立的、分離的兩個過程的問題。本發明的步進電機(1)的輸出軸與聯軸器(2)固接，機架底板(4)上固裝有導軌(7)，導軌(7)上安裝有左車架組(42)和右車架組(43)，左右旋絲槓(8)的兩端分別與聯軸器(2)和軸承座(21)連接，力傳感器(18)的左右端面分別與右夾具連接塊(14)和力傳感器保持架(19)固接，讀數裝置(44)安裝在機架底板(4)上，拉伸測量裝置(41)固裝在檢測裝置的工作檯(46)上。本發明促進了需要對樣品在受力狀態下微觀形貌變化進行動態觀察的研究領域的進一步發展，對納米複合功能材料的機械性能的測量及微觀形貌的檢測具有重要的理論意義和良好的應用前景。
文檔編號G01N3/08GK101285747SQ20081006438
公開日2008年10月15日 申請日期2008年4月25日 優先權日2008年4月25日
發明者琴 周, 濤 孫, 張龍江, 胡振江, 申 董, 趙學森, 閆永達 申請人:哈爾濱工業大學