[发明专利]双轴向拉伸/压缩模式扫描电镜下力学测试装置

摘要

本发明涉及一种双轴向拉伸/压缩模式扫描电镜下力学测试装置，属于机电类的材料性能测试仪器。包括由高精度直流伺服电机、三级大减速比减速机构、小导程滚珠丝杠螺母副及导轨机构组成的双向加载及传动单元，该测试装置可以极低速的准静态模式实现载荷的精密施加，同时通过四路载荷/位移信号的同步精密采集并结合以载荷、位移或变形信号作为反馈源的闭环控制策略，该测试装置亦可开展涵盖单轴拉伸/压缩模式、双轴等速/变速同步拉伸/压缩模式或双轴等速/变速异步拉伸/压缩模式等多种类型的材料力学性能测试模式，且各轴的驱动、传动及检测单元独立，互不干涉。优点在于：该测试装置结构紧凑、精巧，与扫描电镜等成像仪器的兼容性好。

主权项

一种双轴向拉伸/压缩模式扫描电镜下力学测试装置，其特征在于：包括双向加载及传动单元、双向信号检测及控制单元、夹具体单元及基座单元，所述双向加载及传动单元，包含精密直流伺服电机、三级减速机构、滚珠丝杠螺母‑导轨传动机构，直流伺服电机‑Ⅰ（1）输出的精密旋转运动通过由三级减速机构实现降低转速、提高扭矩，并通过精密滚珠丝杠螺母‑导轨传动机构将旋转运动转换成精密直线运动；齿轮减速器‑Ⅰ（49）与直流伺服电机‑Ⅰ（1）同轴安装，并通过电机法兰‑Ⅰ（2）与下层基座（20）连接，一级蜗杆‑Ⅰ（3）通过其上的螺钉与齿轮减速器‑Ⅰ（49）的输出轴套接，二级蜗杆‑Ⅰ（7）套接于蜗杆轴‑Ⅰ（5）上，并通过蜗杆轴止动轴承‑Ⅰ、Ⅱ（50、53）定位，滚珠丝杠‑Ⅰ（11）通过丝杠内、外止动轴承（46、45）及丝杠内、外止动套环（51、 52）实现其轴向定位，并通过滚珠丝杠轴承座‑Ⅰ（10）与上层基座（19）连接，滚珠丝杠套筒‑Ⅰ（15）与滚珠丝杠法兰‑Ⅰ（54）刚性连接并整体安装于滑块（57）上，导轨（30）及滑块（57）用于滚珠丝杠套筒‑Ⅰ（15）的导向，且基座（20）的设计有两组平行凹槽，用于导轨（30）的直线定位；所述的双向信号检测及控制单元包含精密拉压力传感器‑Ⅰ、Ⅱ（28、21）、位移传感器‑Ⅰ、Ⅱ（16、43）及编码器‑Ⅰ、Ⅱ（48、55），位移传感器‑Ⅰ（16）的基体部分间隙安装于位移传感器基座‑Ⅰ（13）内，并通过位移传感器紧固螺钉‑Ⅰ（12）对其进行紧固，其前端可伸缩探头与位移传感器支承座‑Ⅰ（24）在测试过程中始终保持弹性接触状态，且位移传感器基座‑Ⅰ（13）与滚珠丝杠套筒‑Ⅰ（15）为同一整体结构，位移传感器支承座‑Ⅰ（24）与力传感器支承座‑Ⅰ（27）刚性连接，且通过位移传感器支承座‑Ⅰ（24）上的凹槽以及力传感器支承座‑Ⅰ上的凸棱柱接触配合定位，即位移传感器‑Ⅰ（16）所检测到的实际位移为滚珠丝杠套筒‑Ⅰ（15）与力传感器支承座‑Ⅰ（27）之间的相对位移；精密拉压力传感器‑Ⅰ（28）分别与下层基座（20）及力传感器支承座‑Ⅰ（27）通过螺纹方式刚性连接，且下层基座（20）末端设计有台阶面以对精密拉压力传感器‑Ⅰ（28）进行面定位；编码器‑Ⅰ（48）为高线数光电编码器，与直流伺服电机‑Ⅰ（1）的转子同轴安装； 所述的夹具体单元包含标准试件（25），其通过夹持端的通孔实现其各轴向定位，并与具有单面滚花状结构的四组压板（26）、夹具体‑Ⅰ、Ⅱ（14、42）及力传感器支承座‑Ⅰ、Ⅱ（27、23）通过滚花面的压应力保持接触；夹具体‑Ⅰ、Ⅱ（14、42）分别设有凹槽结构分别与下层的滚珠丝杠套筒‑Ⅰ、Ⅱ（15、29）的凸棱柱配合安装；所述的基座单元包含上、下层基座（19、20），分别用于固定电机法兰‑Ⅰ、Ⅱ（2、32）、蜗杆轴轴承座‑Ⅰ、Ⅱ（6、35）、滚珠丝杠轴承座‑Ⅰ、Ⅱ（10、40）、导轨（30）以及精密拉压力传感器‑Ⅰ、Ⅱ（28、21），所述上、下层基座（19、20）通过基座连接螺钉（22）刚性连接。