一种用于力学测试仪的拉/压头更换装置及操作方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种用于力学测试仪的拉/压头更换装置及操作方法，包括带限位滑轨的底座、双轴(X、Z)移动平台、一端有凹槽的金属薄片、手拧螺丝、压头固定压片、单轴(Z)移动平台、拆装压头工具、拆装工具限位装置、若干固定螺丝、若干炭胶以及若干弹簧；单、双轴移动平台可放置于带限位滑轨的底座内平稳移动，手拧螺丝、压头固定压片和金属薄片位于双轴移动平台上表面，拆装工具和限位装置位于单轴移动平台上表面。本发明专利技术可安全高效地完成原位定量纳米力学测试仪拉/压头的更换，极大地降低了拉/压头和力/位移传感器损坏的风险，且上手容易，操作简便。

A Tension/Pressure Head Replacement Device for Mechanical Tester and Its Operating Method

【技术实现步骤摘要】
一种用于力学测试仪的拉/压头更换装置及操作方法
本专利技术属于原位定量纳米力学测试仪配件领域，特别涉及一种用于力学测试仪的拉/压头更换装置及操作方法。
技术介绍
电子显微镜是指使用电子来显示物件的内部或表面的显微镜，一般分为透射式电子显微镜和扫描式电子显微镜。透射电子显微镜因具有超高分辨率(最高可达原子级)而被广泛应用于材料科学、生物技术等多个研究领域。原位(in-situ)透射电子显微技术是指通过对透射电子显微镜和样品杆进行改造后可在透射电子显微镜镜筒内对材料施加外部激励，例如力、热、光、电等，再通过CCD图像传感器进行实时观察和记录样品在外部刺激下形貌、结构和成分的动态变化的一种先进技术。在众多现有的原位电镜技术中，原位力学尤其是原位定量力学是在微纳尺度材料力学行为测量及变形机制研究领域的关键性技术。原位定量力学实验可将材料的力学性能或力学加载历史与材料内部微结构和外部形貌的演变一一对应起来，为研究材料微观变形机制提供十分重要的帮助。目前常见的透射电镜及扫描电镜原位定量力学测试装置为美国Hysitron公司(现已被Bruker公司收购)生产的PI95系列样品杆和PI85-88系列测试台，所配备的拉/压头装配在具有机械控制粗调、压电陶瓷细调和力/位移传感器精调的三级控制器上,该三级控制系统可对压头的位置进行精确调控，并可对其受到的力和位移变化进行精准的测量。Hysitron公司生产的系列透射电镜样品杆和扫描电镜测试台目前已成为国际原位定量力学研究的主流工具。当进行数次原位定量力学加载实验后，由于压头和材料的多次接触，会导致压头的形状发生改变或被样品所污染。同时，对于不同的实验需求，如对微纳米尺度材料进行压缩、拉伸或纳米压入测试等，对压头的形状也有不同的要求。压头底座宽度一般为2-4mm，但其尖端部分尺寸仅为20-30um左右，因此目前只能采用聚焦离子束(FocusIonBeam，FIB)对压头进行修复或加工。又因为受力条件的要求，一般选择硬度较高的材料作为压头材料，如金刚石或金属钨，而FIB对硬质材料的加工存在耗时长、加工难度大等问题，并且FIB仪器机时费用一般为1000-2000元每小时，因此经过FIB技术加工出来的压头成本十分昂贵。然而目前拆卸和重新装配该压头的方法却十分原始。以Hysitron公司研发的PI95ECR样品杆为例，更换压头的方法一般采用手持一个比压头底座略宽的金属套筒将压头底座套住，然后通过手指旋拧套筒的方式将压头从样品杆力/位移传感器前端拆卸下来。再通过另一只手的手指捏住压头底座将压头从套筒内取出从而完成整个拆卸过程。重新装载压头的方式与拆卸时相反，首先通过左右手的配合将压头塞入金属套筒内，然后手持移动金属套筒使套筒内压头底座尾部的螺孔与传感器前端对齐，手动旋转金属套筒使压头固定在传感器前端，缓慢退出金属套筒进而完成整个装配过程。采用手持方式更换压头对人手的稳定性要求极高，更换过程中很容易造成压头的损坏，并且该方法缺乏普适性。同时由于压头直接与传感器相连接，在通过手持方式对压头进行更换时，手的自然抖动极易通过压头对传感器造成伤害，而传感器作为原位定量力学测试装置的核心器件至关重要，一旦损坏，损失可达几万甚至十余万人民币。而且，一旦传感器受到损伤，返厂维修少则几个月，多至一两年，时间成本高昂。综上所述，原有的原位定量纳米力学测试仪的拉/压头更换方式由于设计的缺陷和手持操作的不稳定性，严重影响和限制着拉/压头的日常使用与力学测试方式多样性的开发，并使得力/位移传感器的安全性存在潜在风险。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种用于力学测试仪的拉/压头更换装置及操作方法，以解决上述问题。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种用于力学测试仪的拉/压头更换装置，包括底座、双轴移动平台、单轴移动平台、压头固定装置和压头拆装工具；双轴移动平台和单轴移动平台均设置在底座上表面，且双轴移动平台和单轴移动平台能够在底座上滑动；压头固定装置设置在双轴移动平台上，压头拆装工具设置在单轴移动平台上；拉/压头通过压头固定装置固定在双轴移动平台上；压头拆装工具包括金属套筒、弹簧和手柄；手柄的一端通过弹簧与金属套筒的一端固定连接，金属套筒内壁与拉/压头形状相匹配；双轴移动平台上拉/压头固定的位置与单轴移动平台上压头拆装工具的中轴线在同一直线上；底座上设置有凹槽，双轴移动平台和单轴移动平台均设置在凹槽内。进一步的，双轴移动平台包括第一基座、第二基座、T型座和T型平台；第一基座设置在底座的凹槽内，第一基座上设置有若干平行的条形凸起，第二基座设置在第一基座上表面，第二基座下表面设置有与条形凸起相匹配的条形槽；条形槽的方向与底座的凹槽方向垂直；T型座固定设置在第二基座上表面，T型平台设置在T型座上；T型座上铰接有传动杆，传动杆的中部与T型座铰接，传动杆的一端顶在T型平台的下表面，另一端顶在第一调节螺杆端部，第一调节螺杆通过螺杆座固定在T型座上；第一基座的侧面固定设置有传动座，传动座的端部固定在第二基座侧面，第一基座的侧面还通过螺杆座设置有第二调节螺杆，第二调节螺杆的一端顶在传动座上。进一步的，单轴移动平台包括T型座和T型平台；T型座设置在底座的凹槽内，T型平台设置在T型座上，T型座上铰接有传动盘，传动盘的圆心处与T型座铰接，传动杆的一端顶在T型平台的下表面，另一端顶在第三调节螺杆端部，第三调节螺杆通过螺杆座固定在T型座上。进一步的，压头固定装置包括调节螺丝、压片和金属片；金属片固定设置在双轴移动平台上表面边缘，金属片靠近边缘一侧设置有条形凹槽，条形凹槽侧面通过调节螺丝固定设置有压片；拉/压头设置在条形凹槽内，通过压片按压固定。进一步的，金属套筒外侧套设有限位筒，限位筒通过碳胶固定在单轴移动平台上表面边缘。进一步的，拉/压头的一端通过连接杆与原位纳米力学测试仪连接，连接杆与拉/压头螺纹连接。进一步的，一种用于力学测试仪的拉/压头更换装置的操作方法，基于一种用于力学测试仪的拉/压头更换装置，包括以下步骤：1)将单轴移动平台放入底座内，通过原位定量纳米力学仪的外部机械调节与单轴移动平台的第三调节螺杆配合，使压头和压头拆装工具的轴线同轴；2)旋转拆装工具使其金属套筒的内壁旋转角度与压头前端一致；3)缓慢推动底座内的单轴移动平台，使压头前端完全插入拆装工具内，通过手指旋转手柄将压头从连接杆上卸下；4)将原位定量纳米力学测试仪移走，在底座内放入双轴移动平台，通过双轴移动平台的第一调节螺杆和第二调节螺杆与单轴移动平台的第三调节螺杆配合，使金属片的凹槽的轴线与拆装工具金属套筒内的压头轴线同轴；5)缓慢推动双轴移动平台，使压头放入金属片凹槽内，旋拧调节螺丝使压头通过压片固定在凹槽内；6)缓慢拉回单轴移动平台，使压头前端从金属套筒内退出，旋松调节螺丝，使用镊子夹持压头，完成整个拆卸过程，装配压头的过程为拆卸的逆过程。与现有技术相比，本专利技术有以下技术效果：本专利技术所述的原位定量纳米力学测试仪的拉/压头更换装置通过采用双轴(X、Z)移动平台和单轴(Z)移动平台并结合含固定滑轨底座的设计代替手持拆装压头工具及压头的原有更换方式，降低了更换压头过程中的不稳定性，极大地提高了更换压头的成功率，有效地保护了制作成本昂贵的拉/压头及力/位移本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于力学测试仪的拉/压头更换装置，其特征在于，包括底座(3)、双轴移动平台(1)、单轴移动平台(2)、压头固定装置和压头拆装工具(15)；双轴移动平台(1)和单轴移动平台(2)均设置在底座(3)上表面，且双轴移动平台(1)和单轴移动平台(2)能够在底座(3)上滑动；压头固定装置设置在双轴移动平台(1)上，压头拆装工具(15)设置在单轴移动平台(2)上；拉/压头通过压头固定装置固定在双轴移动平台(1)上；压头拆装工具(15)包括金属套筒(19)、弹簧(20)和手柄(21)；手柄(21)的一端通过弹簧(20)与金属套筒(19)的一端固定连接，金属套筒(19)内壁与拉/压头形状相匹配；双轴移动平台(1)上拉/压头固定的位置与单轴移动平台(2)上压头拆装工具(15)的中轴线在同一直线上；底座(3)上设置有凹槽，双轴移动平台(1)和单轴移动平台(2)均设置在凹槽内。

【技术特征摘要】
1.一种用于力学测试仪的拉/压头更换装置，其特征在于，包括底座(3)、双轴移动平台(1)、单轴移动平台(2)、压头固定装置和压头拆装工具(15)；双轴移动平台(1)和单轴移动平台(2)均设置在底座(3)上表面，且双轴移动平台(1)和单轴移动平台(2)能够在底座(3)上滑动；压头固定装置设置在双轴移动平台(1)上，压头拆装工具(15)设置在单轴移动平台(2)上；拉/压头通过压头固定装置固定在双轴移动平台(1)上；压头拆装工具(15)包括金属套筒(19)、弹簧(20)和手柄(21)；手柄(21)的一端通过弹簧(20)与金属套筒(19)的一端固定连接，金属套筒(19)内壁与拉/压头形状相匹配；双轴移动平台(1)上拉/压头固定的位置与单轴移动平台(2)上压头拆装工具(15)的中轴线在同一直线上；底座(3)上设置有凹槽，双轴移动平台(1)和单轴移动平台(2)均设置在凹槽内。2.根据权利要求1所述的一种用于力学测试仪的拉/压头更换装置，其特征在于，双轴移动平台(1)包括第一基座(22)、第二基座(23)、T型座(24)和T型平台(25)；第一基座(22)设置在底座(3)的凹槽内，第一基座(22)上设置有若干平行的条形凸起，第二基座(23)设置在第一基座(22)上表面，第二基座(23)下表面设置有与条形凸起相匹配的条形槽；条形槽的方向与底座(3)的凹槽方向垂直；T型座(24)固定设置在第二基座(23)上表面，T型平台(25)设置在T型座(24)上；T型座(24)上铰接有传动杆(27)，传动杆的中部与T型座(24)铰接，传动杆的一端顶在T型平台(25)的下表面，另一端顶在第一调节螺杆(11)端部，第一调节螺杆(11)通过螺杆座固定在T型座(24)上；第一基座(22)的侧面固定设置有传动座(26)，传动座(26)的端部固定在第二基座(23)侧面，第一基座(22)的侧面还通过螺杆座设置有第二调节螺杆(12)，第二调节螺杆(12)的一端顶在传动座(26)上。3.根据权利要求1所述的一种用于力学测试仪的拉/压头更换装置，其特征在于，单轴移动平台(2)包括T型座(24)和T型平台(25)；T型座(24)设置在底座(...

【专利技术属性】
技术研发人员：解德刚，王鑫垚，黄龙超，单智伟，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61