本發(fā)明涉及機(jī)電控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于掃描電鏡的原位加載裝置。

背景技術(shù)：

材料的宏觀破壞往往是由微觀失效累積引起的，比如金屬多晶材料，其破壞往往是從晶界斷裂開始的，加之對于宏觀材料的宏觀力學(xué)性能研究已經(jīng)比較成熟，目前相關(guān)學(xué)者們將研究視野逐漸轉(zhuǎn)向了材料的微尺度力學(xué)性能研究，這必然要涉及到到微觀變形測量的問題。實(shí)現(xiàn)微觀變形測量的關(guān)鍵在于提高測量的空間分辨率和位移靈敏度。近年來高分辨率顯微技術(shù)特別是掃描電鏡的發(fā)展，為微納米實(shí)驗(yàn)力學(xué)測量技術(shù)提供了前所未有的發(fā)展機(jī)遇，其空間分辨率高達(dá)納米量級。利用掃描電鏡進(jìn)行力學(xué)性能表征，需要發(fā)展相應(yīng)的加載設(shè)備。

然而，現(xiàn)有技術(shù)中的用于加載試件的加載機(jī)構(gòu)均是微進(jìn)給加載機(jī)構(gòu)，即靠近和加載試件過程其進(jìn)給速度相同，且速度較低，這勢必延長了加載試驗(yàn)的操作時(shí)間(合理的加載機(jī)構(gòu)是在靠近試件的過程中進(jìn)給速度快、為試件加載時(shí)進(jìn)給速度慢)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)技術(shù)中存在的上述技術(shù)問題，本發(fā)明的實(shí)施了提供了一種能夠解決上述一個(gè)或幾個(gè)問題的基于掃描電鏡的原位加載裝置。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種基于掃描電鏡的原位加載裝置，用于加載試件，包括：

試驗(yàn)臺；

第一夾持塊、第二夾持塊；兩者相對設(shè)置在所述試驗(yàn)臺上以用于夾持所述試件；

第一連接塊、第二連接塊，所述第一連接塊與所述第一夾持塊相對設(shè)置，所述第二連接塊與所述第二夾持塊相對設(shè)置；

壓電陶瓷組，其設(shè)置于所述第一連接塊與所述第一夾持塊之間；

壓力傳感器，其設(shè)置于所述第二連接塊與所述第二夾持塊之間；

絲杠傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，其用于使第一連接塊與第二連接塊相對運(yùn)動(dòng)，以使所述第一夾持塊和所述第二夾持塊夾持所述試件，并通過所述壓電陶瓷組合和所述壓力傳感器測得所述試件的力學(xué)數(shù)據(jù)；

變速箱，其與所述絲桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)連接，并用于驅(qū)動(dòng)所述絲杠傳動(dòng)機(jī)構(gòu)；

致動(dòng)器，其用于驅(qū)動(dòng)所述變速箱。

優(yōu)選地，還包括：

密封法蘭盤，其內(nèi)收納有數(shù)據(jù)線，所述數(shù)據(jù)線分別與所述致動(dòng)器、所述壓電陶瓷組以及所述壓力傳感器電連接；

控制箱，其與所述密封法蘭盤內(nèi)的數(shù)據(jù)線電連接，用于采集所述致動(dòng)器、所述壓電陶瓷組以及所述壓力傳感器的物理和力學(xué)數(shù)據(jù)；

計(jì)算機(jī)，其與所述控制箱電連接，用于顯示所述控制箱所采集的物理和力學(xué)數(shù)據(jù)，并對該物理和力學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

優(yōu)選地，還包括光柵位移計(jì)，所述光柵位移計(jì)設(shè)置于所述試驗(yàn)臺上，并沿所述第一夾持塊和所述第二夾持塊的夾持方向延伸，以檢測所述試件的壓縮量。

優(yōu)選地，所述變速箱與所述絲桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)通過聯(lián)軸器連接。

優(yōu)選地，所述壓電陶瓷組由多塊壓電陶瓷塊并列拼接而成，所述壓電陶瓷組的兩側(cè)分別由第一壓電陶瓷固定裝置和第二壓電陶瓷固定裝置固定。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的基于掃描電鏡的原位加載裝置的有益效果是：通過絲桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)使得第一夾持塊和第二夾持塊能夠快速靠近試件并對試件進(jìn)行加載，從而縮短了加載試件的時(shí)間。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的基于掃描電鏡的原位加載裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明的基于掃描電鏡的原位加載裝置的液壓伺服機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：

1-試驗(yàn)臺1；2-致動(dòng)器；3-光柵位移計(jì)；4-變速箱；5-絲母體；6-軸承座；7-絲杠；8-第二連接塊；9-第二連接塊；10-聯(lián)軸器；11-密封法蘭盤；12-控制箱；13-計(jì)算機(jī)；14-壓力傳感器；15-壓電陶瓷組；16-第一夾持塊；17-第二夾持塊；18-試件；19-第二伺服油缸；20-第二伺服活塞；21-第二腔室；22-第一腔室；23-第二伺服彈簧；24-第一伺服油缸；25-第一伺服活塞；26-無桿腔；27-有桿腔；28-第一伺服彈簧；29-第一伺服活塞桿。

具體實(shí)施方式

為使本領(lǐng)域技術(shù)人員更好的理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對本發(fā)明作詳細(xì)說明。

本發(fā)明的實(shí)施例公開了一種基于掃描電鏡的原位加載裝置，用于加載試件18，該原位加載裝置包括：試驗(yàn)臺1、第一夾持塊16、第二夾持塊17、壓電陶瓷組15、壓力傳感器14、絲杠7傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、變速箱4、致動(dòng)器2、密封法蘭盤11、控制箱12、計(jì)算機(jī)13以及光柵位移計(jì)3。試壓臺用于承載和安裝上述的零部件；第一夾持塊16和第二夾持塊17相對設(shè)置在試驗(yàn)臺1上以用于夾持試件18；第一連接塊9與第一夾持塊16相對設(shè)置，第二連接塊8與第二夾持塊17相對設(shè)置；壓電陶瓷組15設(shè)置于第一連接塊9與第一夾持塊16之間；壓電陶瓷組15設(shè)置于第一連接塊9與第一夾持塊16之間；絲杠7傳動(dòng)機(jī)構(gòu)由變速箱4驅(qū)動(dòng)，以驅(qū)動(dòng)第一連接塊9和第二連接塊8相對運(yùn)動(dòng)，并通過壓電陶瓷組15和壓力傳感器14以使第一夾持塊16和第二夾持塊17相對運(yùn)動(dòng)以夾持試件18，該試件18的壓力由壓電陶瓷組15和壓力傳感器14測得；致動(dòng)器2用于驅(qū)動(dòng)變速箱4以為加載提供動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)；光柵位移計(jì)3設(shè)置于試驗(yàn)臺1上，并沿第一夾持塊16和第二夾持塊17的夾持方向延伸，以檢測試件18的壓縮量。密封法蘭盤11內(nèi)收納有數(shù)據(jù)線，數(shù)據(jù)線分別與致動(dòng)器2、壓電陶瓷組15以及壓力傳感器14電連接；控制箱12與密封法蘭盤11內(nèi)的數(shù)據(jù)線電連接，用于采集致動(dòng)器2、壓電陶瓷組15以及壓力傳感器14的物理和力學(xué)數(shù)據(jù)，如致動(dòng)器2的轉(zhuǎn)速、試件18的壓力與位移數(shù)據(jù)；計(jì)算機(jī)13與控制箱12電連接，用于顯示控制箱12所采集的物理和力學(xué)數(shù)據(jù)，并對該物理和力學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。如此，通過絲桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)使得第一夾持塊16和第二夾持塊17能夠快速靠近試件18并對試件18進(jìn)行加載，從而縮短了加載試件18的時(shí)間。

優(yōu)選地，變速箱4與絲桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)通過聯(lián)軸器10連接。

優(yōu)選地，壓電陶瓷組15由多塊壓電陶瓷塊并列拼接而成，壓電陶瓷組15的兩側(cè)分別由第一壓電陶瓷固定裝置和第二壓電陶瓷固定裝置固定。

致動(dòng)器2可以為可調(diào)轉(zhuǎn)速的電機(jī)，當(dāng)電機(jī)通過變速箱4和絲杠7傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)第一連接塊9和第二連接塊8，以帶動(dòng)第一夾持塊16和第二夾持塊17快速靠近并通過壓力傳感器14感知接觸試件18后，壓力傳感器14通過控制箱12控制電機(jī)轉(zhuǎn)速減小以使試件18的進(jìn)給速度減小，從而實(shí)現(xiàn)緩慢加載。

然而，雖然傳感器能夠準(zhǔn)確測得試件18的壓力，并能夠?qū)崟r(shí)的反饋給控制箱12，但控制箱12控制在控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速時(shí)并不是精準(zhǔn)的，也就是說，當(dāng)壓力傳感器14所測得的壓力突然增大，說明電機(jī)轉(zhuǎn)速過高時(shí)，該壓力反饋給控制箱12，控制箱12只能控制電機(jī)轉(zhuǎn)速降低，但并不能預(yù)知和計(jì)算電機(jī)的轉(zhuǎn)速降低至多大速度才能使試件18均勻加載，而往往是在控制箱12的控制下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速下降，而使得試件18的加載壓力又低于均勻加載所需要的壓力，從而使加載壓力產(chǎn)生不斷波動(dòng)。

為解決上述問題，致動(dòng)器2優(yōu)選為可變排量的液壓馬達(dá)，具體地，絲杠7傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括絲杠7以及用于與絲桿形成螺旋傳動(dòng)的絲母體5；液壓馬達(dá)與第一連接塊9和第二連接塊8之間設(shè)置有液壓伺服機(jī)構(gòu)；絲杠7的一端安裝在變速箱4的輸出軸上，另一端安裝在軸承座6上；液壓伺服機(jī)構(gòu)包括第一伺服油缸24和第二伺服油缸19，第一伺服油缸24中設(shè)置有第一伺服活塞25，第一伺服活塞25上設(shè)置有第一伺服活塞桿29，該第一伺服活塞桿29伸出第一伺服油缸24與液壓馬達(dá)的斜盤連接以調(diào)節(jié)斜盤的傾斜角度，第一伺服油缸24的有桿腔27內(nèi)設(shè)置有第一伺服彈簧28；絲母體5設(shè)置于第二伺服油缸19內(nèi)，絲母體5的兩端分別伸出第二伺服油缸19，絲母體5的中部外周形成第二伺服活塞20以將第二伺服油缸19分割成第一腔室22和第二腔室21，第一腔室22內(nèi)設(shè)置有第二伺服彈簧23，絲母體5的軸向上開設(shè)有絲孔用于供絲杠7穿設(shè)，絲杠7穿設(shè)該絲孔以與絲母體5形成螺旋傳動(dòng)；第一連接塊9和第二連接塊8分別設(shè)置在兩個(gè)第二伺服油缸19的缸體上；第二伺服油缸19的第一腔室22與第一伺服油缸24的無桿腔26連通，第二伺服油缸19的第二腔室21與第一伺服油缸24的有桿腔27連通，且第一伺服活塞桿29的伸縮動(dòng)作與液壓馬達(dá)的斜盤的傾斜角度設(shè)置成：當(dāng)?shù)谝凰欧钊麠U29伸出量增加時(shí)，斜盤的傾斜角度減小，液壓馬達(dá)的排量減小，液壓馬達(dá)的排量減小使得馬達(dá)的轉(zhuǎn)速降低而輸出扭矩保持不變，當(dāng)?shù)谝凰欧钊麠U29伸出量減小時(shí)，斜盤的傾斜角度增大，液壓馬達(dá)的排量增大，液壓馬達(dá)的排量增大使得馬達(dá)的轉(zhuǎn)速增加而輸出扭矩保持不變。如此，當(dāng)?shù)谝粖A持塊16和第二夾持塊17與試件18接觸后，第一夾持塊16和第二夾持塊17對試件18加壓，試件18對第一夾持塊16和第二夾持的反作用力，通過第一夾持塊16和第二夾持塊17、第一連接塊9和第二連接塊8傳遞給第二伺服油缸19，第二伺服油缸19中的第一腔室22內(nèi)的液壓油壓力升高，使得第一伺服油缸24的無桿腔26內(nèi)的液壓油升高，其內(nèi)的液壓油推抵第一伺服活塞25使得第一伺服活塞桿29的伸出量增加，從而使液壓馬達(dá)的斜坡的傾斜角度較小，從而使液壓馬達(dá)的排量減小，轉(zhuǎn)速降低，通過變速器和絲杠7傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，使得在不改變壓力(因?yàn)橐簤厚R達(dá)的扭矩不變)的情況下第一連接塊9和第二連接塊8以及第一夾持塊16和第二夾持塊17的移動(dòng)速度減小，從而使第一夾持塊16和第二夾持塊17對試件18進(jìn)行緩慢均勻加壓，當(dāng)液壓馬達(dá)使得第一夾持塊16和第二夾持塊17的移動(dòng)速度過小而壓力有所下降時(shí)，第一腔室22和無桿腔26內(nèi)的壓力變小，第一伺服活塞桿29的伸出量變小，液壓馬達(dá)的排量開始增加，從而使第一夾持塊16和第二夾持塊17的移動(dòng)速度增大，從而滿足緩慢均勻加壓的條件。

在該實(shí)施例中，本發(fā)明利用液壓系統(tǒng)中液壓油壓力的反饋進(jìn)行調(diào)節(jié)第一夾持塊16和第二夾持塊17的速度以實(shí)現(xiàn)緩慢均勻加壓，從而能夠獲得試件18準(zhǔn)確真實(shí)的力學(xué)數(shù)據(jù)，且不會延長加載試驗(yàn)的時(shí)間。

以上實(shí)施例僅為本發(fā)明的示例性實(shí)施例，不用于限制本發(fā)明，本發(fā)明的保護(hù)范圍由權(quán)利要求書限定。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在本發(fā)明的實(shí)質(zhì)和保護(hù)范圍內(nèi)，對本發(fā)明做出各種修改或等同替換，這種修改或等同替換也應(yīng)視為落在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。