[发明专利]用于监测材料微观力学行为的原位观测系统与观测方法

权利要求书

1.一种用于监测材料微观力学行为的原位观测系统，其特征在于：包括圆周运动组件(4)、Z轴运动组件(6)、X轴运动组件(5)、回转组件(7)、显微镜(8)、支撑台(2)；所述X轴运动组件(5)安装于圆周运动组件(4)之上， Z轴运动组件(6)安装于X轴运动组件(5)之上，回转组件(7)安装于Z轴运动组件(6)之上，显微镜(8)安装于回转组件(7)之上；圆周运动组件(4)安装于支撑板Ⅰ(11)上，支撑板Ⅰ(11)通过滑块(14)安装在圆形导轨(1)上；伺服电机(9)带动滚轮(12)转动，驱动整套观测平台进行圆周运动。

2.根据权利要求1所述的用于监测材料微观力学行为的原位观测系统，其特征在于：所述的圆周运动组件(4)提供显微镜(8)的精密圆周运动，由伺服电机(9)提供动力，经过减速机(10)减速，驱动与齿圈(3)啮合的滚轮(12)转动，带动支撑板Ⅰ(11)沿着圆形导轨(1)进行圆周运动；所述伺服电机(9)与减速机(10)连接，减速机(10)采用行星减速机，通过螺钉固定在支撑板Ⅰ(11)上，支撑板Ⅰ(11)安装在滑块(14)上，滑块(14)安装在圆形导轨(1)上，圆形导轨(1)和齿圈(3)固定在支撑台(2)上。

3.根据权利要求1所述的用于监测材料微观力学行为的原位观测系统，其特征在于：所述的X轴运动组件(5)调整显微镜(8)的径向距离，由步进电机(19)提供动力，驱动滚珠丝杠(16)输出直线位移，X轴运动组件(5)通过两侧的直线导轨Ⅰ(17)、直线导轨Ⅱ(21)支撑导向；所述步进电机(19)选用五项步进电机，固定在X轴底板(22)上；所述滚珠丝杠(16)为单螺距、小导程丝杠，通过丝杠座Ⅰ(18)、丝杠座Ⅲ(20)固定在X轴底板(22)上；所述直线导轨Ⅰ(17)、直线导轨Ⅱ(21)上各安装有两个滑块Ⅰ(24)，所述直线导轨Ⅰ(17)、直线导轨Ⅱ(21)安装在X轴底板(22)上，X轴底板(22)安装在支撑板Ⅰ(11)上；X轴支撑板(15)为L型，用于Z轴运动组件(6)的连接与固定。

4.根据权利要求1所述的用于监测材料微观力学行为的原位观测系统，其特征在于：所述的Z轴运动组件(6)调整显微镜(8)的高度，其连接方式与X轴运动组件(5)的连接方式相同，由步进电机Ⅱ(28)提供动力，驱动滚珠丝杠Ⅱ(30)输出直线位移，Z轴运动组件(6)通过两侧的直线导轨Ⅳ(32)、直线导轨Ⅲ(27)支撑导向；所述步进电机Ⅱ(28)选用五项步进电机，固定在Z轴底板(29)上；所述滚珠丝杠Ⅱ(30)为单螺距、小导程丝杠, 通过丝杠座Ⅱ(33)固定在Z轴底板(29)上；所述直线导轨Ⅳ(32)、直线导轨Ⅲ(27)上各安装有两个滑块Ⅱ(31)，以加强对回转组件(7)的支撑；所述直线导轨Ⅳ(32)、直线导轨Ⅲ(27)安装在Z轴底板(29)上；所述Z轴底板(29)安装在X轴支撑板(15)的侧面；Z轴支撑板(26)与支撑板Ⅱ(25)通过螺钉连接；支撑板Ⅱ(25)为L型，用于回转组件(7)的连接与固定。

5.根据权利要求1所述的用于监测材料微观力学行为的原位观测系统，其特征在于：所述的回转组件(7)调整显微镜(8)的观测角度，由步进电机Ⅲ(40)提供动力，通过联轴器(42)、蜗轮蜗杆组(36)驱动回转台(35)沿着弧形导轨Ⅰ(37)、 弧形导轨Ⅱ(44)运动；所述步进电机Ⅲ(40)通过支撑板Ⅲ(39)、短杆(43)固定在底板(41)上；所述蜗轮蜗杆组(36)通过蜗杆座(38)固定在底板(41)上；所述回转台的底板(41)安装在支撑板Ⅱ(25)上，支撑板Ⅱ(25)与Z轴支撑板(26)通过螺钉连接。

6.根据权利要求1所述的用于监测材料微观力学行为的原位观测系统，其特征在于：所述显微镜(8)安装在回转组件(7)上，X轴运动组件(5)的行程为0~150mm，Z轴运动组件(6)的行程为0~50mm，回转组件(7)的回转范围为水平面上下各倾斜30°；所述显微镜(8)为连续变焦单筒显微镜；所述显微镜(8)通过激光笔(45)对视场进行初步定位。

7.根据权利要求2所述的用于监测材料微观力学行为的原位观测系统，其特征在于：所述的伺服电机(9)设有20位编码器，使伺服电机(9)能够达到纳米级的角位移分辨率；滚轮(12)和齿圈(3)之间的啮合为无间隙啮合，便于通过闭环控制使显微镜(8)的镜头在测试进行过程中能够实现对观测点的跟随观测。