[實用新型]獨立式五自由度超精密材料原位測試顯微觀測臺

有效

• 申請號: 201320597289.0
• 申請日: 2013-09-26
• 公開（公告）號: CN203550916U
• 公開（公告）日: 2014-04-16
• 發明（設計）人: 趙宏偉;任露泉;高景;董曉龍;邵明坤;張鵬;程虹丙;唐可洪;范尊強;張志輝;張富;朱冰;鄒青;裴永茂;董景石;張啟勛;朱玉祥;李法新;呼詠;馬敬春
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: G01B11/24
• 分類號: G01B11/24
• 代理公司: 吉林長春新紀元專利代理有限責任公司 22100
• 代理人: 王怡敏

技術領域

本實用新型涉及精密科學顯微觀測儀器，特別涉及一種集超景深顯微觀測、精密驅動、主動跟隨為一體的獨立式五自由度超精密材料原位測試顯微觀測臺。可針對在不同載荷狀態下的各類材料提供原位監測，揭示材料在微納米尺度下的力學特性和損傷機理，對于新材料新工藝、精密光學、半導體技術、納米工程、微機電系統（MEMS）技術等高技術產業的發展具有極為重要的推動作用。

背景技術

材料測試技術是材料科學與工程應用的重要手段和方法。所有零部件在實際使用過程中都不可避免地承受著力或溫度的作用，在一定的使用條件和使用時間后，材料將發生變形、磨損、表面麻點等失效現象。顯微觀測是在失效分析中廣泛使用的技術，通過對材料試樣提供痕跡分析、裂紋分析和斷口分析，以獲取材料的基本性能和力學規律。

原位力學性能測試是指在微/納米尺度下對試件材料進行力學性能測試的過程中，通過光學顯微鏡、電子顯微鏡以及原子力顯微鏡等儀器對各種載荷作用下材料及其制品發生的微觀變形、損傷進行全程動態在線監測的一種力學測試手段。該技術從微觀層面揭示了各類材料及其制品的力學行為、損傷機理以及載荷的大小、種類與材料性能間的相關性規律。

目前的原位觀測設備尚存在一些不足之處：（1）目前的商用顯微鏡難以滿足大行程的鏡頭移動能力，對原位觀測大型試件存在制約；（2）由于外界環境的影響，在一些載荷下的試件往往自身處于微震動的狀態，目前的商用顯微鏡難以做到對試件的同步跟隨，以保證被觀測區域的穩定成像；（3）掃面電子顯微鏡、原子力顯微鏡等的腔體空間十分有限，難以對處于宏觀尺度下的試件進行原位觀測。

因此，設計一種具有五自由度大行程、可主動跟隨、易于集成的超精密材料原位測試顯微觀測臺具有十分重要的意義。

發明內容

本實用新型的目的在于提供一種獨立式五自由度超精密材料原位測試顯微觀測臺，解決了現有技術存在的上述問題。本實用新型能夠應用于材料微觀形貌觀測中。通過五自由度精密驅動組件實現對超景深鏡頭和被觀測試件間相對位置進行五自由度精密調節；柔性鉸鏈式X、Y、Z軸超精密跟隨組件可實現X、Y、Z三方向相對于處于微震動中觀測試件的超精密跟隨，使超景深鏡頭和被觀測試件保持相對靜止，X、Y、Z軸柔性鉸鏈式超精密跟隨組件可實現X、Y、Z三方向相對于載荷下微震動中試件的主動跟隨，實現對不同載荷下試件的原位觀測；Y軸超精密跟隨組件還可輔助超精神鏡頭變焦；通過超景深鏡頭觀測，可以得到試件的穩定的微觀三維形貌圖像。本實用新型可獨立作為觀測平臺，實現對試件微觀形貌進行觀察；也可安裝于試驗機及其他測試設備上，一體化主動跟隨載荷下微振動中的被測試件，對被測試件的微觀變形、損傷與斷裂過程進行實時原位觀測；也可以安裝于機床上，對工作中的機床零部件試試跟隨，在線觀察及測試，可得到機床零部件在真實受力狀態下微觀三維形貌，為機床零部件的設計改進提供關鍵數據。集成性高，實用性強，既可以獨立使用又可以和其他設備組合使用。

本實用新型的上述目的通過以下技術方案實現：

獨立式五自由度超精密材料原位測試顯微觀測臺，包括X軸移動組件14、Y軸移動組件12、Z軸移動組件11、X軸轉動組件7、Z軸轉動組件6、X-Y-Z三軸跟隨組件、超景深鏡頭9；所述Y軸移動組件12安裝于X軸移動組件14之上，Z軸移動組件11安裝于Y軸移動組件12之上；跟隨組件底板1安裝于Z軸移動組件11之上，X-Y-Z三軸跟隨組件的Y-Z軸跟隨組件2通過內六角螺釘3安裝于跟隨組件底板1之上，X軸跟隨組件5通過跟隨組件連接板(4)與Y-Z軸跟隨組件2連接；Z軸轉動組件6安裝于X軸跟隨組件5之上，X軸轉動組件7安裝于Z軸轉動組件6之上；超景深觀測鏡頭9固定于超景深鏡頭固定塊10的孔中，超景深鏡頭固定塊10通過顯微鏡連接軸8與X軸轉動組件7連接。