[發明專利]一種掃描電鏡原位觀察的全柔性三平移混聯微動裝置

無效

• 申請號: 200810236287.2
• 申請日: 2008-11-20
• 公開（公告）號: CN101413902A
• 公開（公告）日: 2009-04-22
• 發明（設計）人: 楊啟志;楊海波;馬履中;尹小琴
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: G01N21/88
• 分類號: G01N21/88;G01N21/84;G01N3/00;G01N19/00
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司
• 代理人: 樓高潮

技術領域

本發明涉及一種利用全柔性混聯機構組合壓電陶瓷微驅動系統的用于掃描電鏡原位觀察的三平移微動裝置，屬于材料結構與性能原位測試領域。

背景技術

在工程材料領域，高性能微納磁性材料和磁性信息記錄材料等的研究一直是熱點，使用掃描電鏡觀察材料被劃痕處理后的斷裂性能、摩擦性能等的技術是研究材料常用手段之一。但目前掃描電鏡只能觀察到材料裂紋擴展后或材料相互摩擦后的靜態顯微景像，比如：可以看到材料裂紋沿晶界擴展后的顯微景像，材料相互摩擦后的摩擦面，而對材料劃痕過程的動態性能變化，比如材料的相變(一些材料的相變過程很快，易被氧化)、裂紋在相中的擴展等動態過程，卻無法觀察，最根本的原因是掃描電鏡存放材料樣品的真空試樣室太小，一般只有Φ25mm——Φ50mm左右，無法將普通的劃痕系統放置其中，只有在外面劃痕處理后，再靜態放置在掃描電鏡中，很多劃痕過程中產生的動態信息產生流失。對于一些高性能磁性材料，比如：微納磁性材料、磁性信息記錄材料等，劃痕時產生的動態相變過程是記錄其對力及電信號反應的關鍵性能之一，只有在劃痕過程中原位觀察。因此，研究工程材料領域中掃描電鏡真空試樣室用的能夠實現材料原位觀察的微動機械系統具有十分重要的研究意義及工程應用前景。材料原位觀察的微動機械系統是一種典型的高精度微動機構，在電鏡室中要實現金剛石顯微壓頭在材料試樣表面至少兩個方向或多個方向的微量移動，與此同時通過高倍目鏡觀察記錄材料的顯微動態性能變化，因而材料原位觀察的微動機械系統是一種多自由度運動輸出的微動機構。由于掃描電鏡存放材料樣品的試樣室是真空的，這種多自由度微動機械系統若利用傳統機械平臺進行微小化來處理，由于傳統機械由大量零件組成，相互運動的零件間需要潤滑，普通潤滑劑易在真空環境揮發產生污染，這是不允許的；即使利用傳統機械平臺進行微小化來獲得此種微動機械系統高精密運動、動力輸出，由于傳統機械自身的固有缺陷(比如：傳統機械是多種大量零件的安裝組合，不可避免的產生各種誤差的積累，其誤差的量級已經超出了高精密微細運動的精度量級，甚至運動范圍。)，已不能滿足如此的高精密要求。

發明內容

本發明的目的是提供一種掃描電鏡原位觀察的全柔性三平移混聯微動裝置，能夠解決現有技術中潤滑劑產生污染以及不能滿足高精密要求的技術缺陷。

本發明所要解決的技術問題是通過如下技術方案實現的：它包括底座、樣品臺、顯微壓頭支架以及壓電陶瓷微驅動器，顯微壓頭支架位于樣品臺上方，所述的全柔性三平移混聯微動裝置由二自由度的全柔性平面并聯機構與單自由度的全柔性機構串聯一起組成混聯機構，二自由度的全柔性平面并聯機構為x、y向微動平移結構，單自由度的全柔性機構為z向微動平移結構。

本發明所述的x、y向微動平移結構由x、y向底座、樣品臺、壓電陶瓷微驅動器以及柔性桿組成，四個柔性桿連接樣品臺與x、y向底座，在樣品臺與x、y向底座之間設有兩個可以分別x、y向微動的壓電陶瓷微驅動器；所述的z向微動平移結構由z向底座、動平臺、壓電陶瓷微驅動器以及具有柔性鉸鏈的柔性支鏈組成，四個具有柔性鉸鏈的柔性支鏈連接動平臺與z向底座，在動平臺與z向底座之間設有一個可以z向微動的壓電陶瓷微驅動器；x、y向微動平移結構的x、y向底座與z向微動平移結構的動平臺剛性連接。

本發明采用柔性機構(械)加串并聯機構來解決高精密三平移運動要求。柔性機構是一種通過構件或柔性運動副的彈性變形(柔性)來輸出的全部或部分運動或力的機構。柔性機構中由于沒有剛性運動副，靠構件自身的柔性(彈性變形)來實現運動，因而可以無需潤滑，不會引入潤滑劑揮發產生的污染，滿足了材料原位觀察的微動機械系統試樣室的苛刻要求，還可避免振動沖擊、摩擦磨損等缺陷；另外，該微動裝置由于擯棄了傳統機械多種大量零件的安裝組合方式，避免了測試過程各種誤差的積累，能夠滿足高精密要求。

附圖說明

下面結合附圖對本發明作進一步的說明：

圖1所示為本發明的主視圖

圖2所示為本發明的俯視圖

圖3所示為本發明的左視圖

圖4所示為本發明中x、y向微動平移結構的主視圖

圖5所示為本發明中x、y向微動平移結構的俯視圖

圖6所示為本發明中z向微動平移結構的主視圖

圖7所示為本發明中z向微動平移結構的俯視圖

具體實施方式