独立式五自由度超精密材料原位测试显微观测台的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种独立式五自由度超精密材料原位测试显微观测台，属于精密科学显微观测仪器。该平台由X、Y、Z轴精密移动组件、X、Z轴转动组件、X、Y、Z轴柔性铰链式超精密跟随组件、超景深观测镜头组成。X、Y、Z轴精密移动组件、X、Z轴转动组件可分别对超景深镜头距观测试件的X、Y、Z方向相对位置及相对角度进行精密调整；X、Y、Z轴柔性铰链式超精密跟随组件可实现X、Y、Z方向相对于载荷下微震动中试件的主动跟随,Y轴超精密跟随组件还可辅助超精神镜头变焦。超景深镜头用于对试件围观表面形貌进行超景深观测。优点在于：体积精巧、精密驱动、跟随效果好、集成性高，实用性强，既可以独立使用又可以和其他设备组合使用。
【专利说明】独立式五自由度超精密材料原位测试显微观测台
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及精密科学显微观测仪器，特别涉及一种集超景深显微观测、精密驱动、主动跟随为一体的独立式五自由度超精密材料原位测试显微观测台。可针对在不同载荷状态下的各类材料提供原位监测，揭示材料在微纳米尺度下的力学特性和损伤机理，对于新材料新工艺、精密光学、半导体技术、纳米工程、微机电系统(MEMS)技术等高技术产业的发展具有极为重要的推动作用。
【背景技术】
[0002]材料测试技术是材料科学与工程应用的重要手段和方法。所有零部件在实际使用过程中都不可避免地承受着力或温度的作用，在一定的使用条件和使用时间后，材料将发生变形、磨损、表面麻点等失效现象。显微观测是在失效分析中广泛使用的技术，通过对材料试样提供痕迹分析、裂纹分析和断口分析，以获取材料的基本性能和力学规律。
[0003]原位力学性能测试是指在微/纳米尺度下对试件材料进行力学性能测试的过程中，通过光学显微镜、电子显微镜以及原子力显微镜等仪器对各种载荷作用下材料及其制品发生的微观变形、损伤进行全程动态在线监测的一种力学测试手段。该技术从微观层面揭示了各类材料及其制品的力学行为、损伤机理以及载荷的大小、种类与材料性能间的相关性规律。
[0004]目前的原位观测设备尚存在一些不足之处:(1)目前的商用显微镜难以满足大行程的镜头移动能力，对原位观测大型试件存在制约；(2)由于外界环境的影响，在一些载荷下的试件往往自身处于微震动的状态，目前的商用显微镜难以做到对试件的同步跟随，以保证被观测区域的稳定成像；(3)扫面电子显微镜、原子力显微镜等的腔体空间十分有限，难以对处于宏观尺度下的试件进行原位观测。
[0005]因此，设计一种具有五自由度大行程、可主动跟随、易于集成的超精密材料原位测试显微观测台具有十分重要的意义。
【发明内容】
[0006]本实用新型的目的在于提供一种独立式五自由度超精密材料原位测试显微观测台，解决了现有技术存在的上述问题。本实用新型能够应用于材料微观形貌观测中。通过五自由度精密驱动组件实现对超景深镜头和被观测试件间相对位置进行五自由度精密调节；柔性铰链式Χ、Y、Z轴超精密跟随组件可实现Χ、Y、Z三方向相对于处于微震动中观测试件的超精密跟随，使超景深镜头和被观测试件保持相对静止，Χ、Y、Z轴柔性铰链式超精密跟随组件可实现Χ、Y、Z三方向相对于载荷下微震动中试件的主动跟随，实现对不同载荷下试件的原位观测，轴超精密跟随组件还可辅助超精神镜头变焦；通过超景深镜头观测，可以得到试件的稳定的微观三维形貌图像。本实用新型可独立作为观测平台，实现对试件微观形貌进行观察；也可安装于试验机及其他测试设备上，一体化主动跟随载荷下微振动中的被测试件，对被测试件的微观变形、损伤与断裂过程进行实时原位观测；也可以安装于机床上，对工作中的机床零部件试试跟随，在线观察及测试，可得到机床零部件在真实受力状态下微观三维形貌，为机床零部件的设计改进提供关键数据。集成性高，实用性强，既可以独立使用又可以和其他设备组合使用。
[0007]本实用新型的上述目的通过以下技术方案实现:
[0008]独立式五自由度超精密材料原位测试显微观测台，包括X轴移动组件14、Y轴移动组件12、Z轴移动组件11、X轴转动组件7、Z轴转动组件6、X-Y-Z三轴跟随组件、超景深镜头9 ;所述Υ轴移动组件12安装于X轴移动组件14之上，Ζ轴移动组件11安装于Υ轴移动组件12之上；跟随组件底板1安装于Ζ轴移动组件11之上，Χ-Υ-Ζ三轴跟随组件的Y-Ζ轴跟随组件2通过内六角螺钉3安装于跟随组件底板1之上，X轴跟随组件5通过跟随组件连接板(4)与Y-Ζ轴跟随组件2连接；Ζ轴转动组件6安装于X轴跟随组件5之上，X轴转动组件7安装于Ζ轴转动组件6之上；超景深观测镜头9固定于超景深镜头固定块10的孔中，超景深镜头固定块10通过显微镜连接轴8与X轴转动组件7连接。
[0009]所述的X轴移动组件14提供精密的X轴方向位移，由伺服电机30提供动力，经过减速器29减速后，驱动滚珠丝杠20输出直线位移，X轴移动组件14通过两侧的双滑块的直线导轨18支撑导向，直线导轨18两侧分别装有限位开关15，用于提示完成行程控制和限位保护；所述伺服电机30通过螺钉与减速器29连接，减速器29为行星齿轮减速器，减速比为33，精度为3分；减速器29通过螺钉固定于电机座28之上，电机座28固定在X轴底板25相应的螺纹孔中；减速器29输出轴通过联轴器27与滚珠丝杠20的端部连接，滚珠丝杠20两端分别通过EF丝杠座26与ΕΚ丝杠座19支撑，EF丝杠座26与ΕΚ丝杠座19分别固定在X轴底板25上；弹簧23套在滚珠丝杠20上，两端分别与丝杠螺母22和EF丝杠座26通过螺钉连接，丝杠螺母22安装于螺母座21孔中，通过螺钉紧固；直线导轨18上安装有两个滑块24，以加大对上层工作台的支撑力；直线导轨18通过螺钉紧固于X轴底板25之上；限位开关15安装于限位开关座16上的螺纹孔内，使用前后两个螺母17将限位开关15固定在限位开关座16上，限位开关座16通过螺丝固定于X轴底板25上。
[0010]所述的伺服电机30带有20位编码器及保持制动器，使电机能够达到纳米级的角位移分辨率，并且相对的移动组件具有自锁能力；ζ轴移动组件11与Υ轴移动组件12之间的相对位移通过线位移式光栅尺13检测，以实现对Υ轴位移的闭环控制；Χ、Ζ轴的位移检测原理如前所述。
[0011]所述的Υ轴移动组件12、Ζ轴移动组件11中的连接方式与X轴方向移动组件14相同；所述ζ轴移动组件11中的Y-ζ轴连接板31与Υ轴移动组件12通过螺钉紧固连接；Ζ轴底板34通过螺钉与Y-Ζ轴连接板31相互垂直连接，连接板32与三角板33分别连接在Ζ轴底板34与Y-Ζ轴连接板31两端，起到连接和支撑两板34，31的作用，并留出了 Ζ方向传动链布置的空间。
[0012]所述的Χ-Υ-Ζ三轴跟随组件由Y-Ζ轴跟随组件2与X轴方向跟随组件5组成，所述Y-Ζ轴方向跟随组件2与X轴方向跟随组件5通过L形跟随组件连接板4连接，使得X向柔性铰链42与Y-Ζ向柔性铰链35相互垂直；结合安装在被观测试件附近的电容式位移传感器可以实现闭环控制，Y-Ζ轴方向跟随组件2与X轴方向跟随组件5 —起响应可实现Χ-Υ-Ζ三轴联动跟随。
[0013]所述的Y-Ζ轴跟随组件2由Y-Ζ向柔性铰链35、楔形块36、压电陶瓷37组成，所述Y-Z向柔性铰链35通过三个连接螺钉固定在跟随组件底板1上；Y-ζ向柔性铰链35由两个相互垂直的平行四连杆机构组成，Υ向平行四连杆机构嵌套在Ζ向平行四连杆机构之内；通过压电陶瓷37的压电效应提供驱动力，Ζ向平行四连杆机构由两个连接杆部I 38与Υ向平行四连杆机构构成；Υ向平行四连杆机构由两个连接杆部II 40与移动部位I 39构成；楔形块36用于调整压电陶瓷37与Y-Ζ向柔性铰链35的间隙，同时可对压电陶瓷37进行预压。
[0014]所述的X轴跟随组件5中的X向柔性铰链42通过两个连接螺钉固定在跟随组件连接板4上，驱动原理如前所述，X向柔性铰链42包括一个X向平行四连杆机构，X向平行四连杆机构由两个连接杆部III 43与移动部位II 41构成，可实现X轴跟随。
[0015]所述的X轴移动组件14的螺母座21在运动过程中弹簧23始终处于拉伸状态，辅以滚珠丝杠20的滚珠经过零间隙预处理，使得丝杠螺母22在往复运动中消除间隙，提高了X轴移动组件14的精度；Υ、Ζ轴的滚珠丝杠消隙方法如前所述。
[0016]所述的Ζ轴转动组件6的多功能连接板47通过螺钉与X轴跟随组件5中的移动部位II 41连接；转动组件由舵机46提供动力,X轴转动组件7与Ζ轴转动组件6通过U形连接板45连接，输出轴方向相互垂直；显微镜连接轴8安装于X轴转动组件7之上，显微镜连接轴8与超景深镜头固定块10通过轴孔过盈连接，超景深镜头9与超景深镜头固定块10通过轴孔固定连接。
[0017]所述的超景深镜头9安装于五自由度运动构件的最上端，X、Υ、Ζ轴移动组件14，12，11各具有100mm的行程能力，位移精度为0.1 μ m，使超景深镜头9具有很大的移动范围；X、Z轴转动组件7，6各具有180°角位移能力，转角精度为0.18°，使超景深镜头9能够对被测试件的不同角度进行观测；X、Y-Z轴跟随组件5，2各具有行程为30 μ m、精度为10nm的超精密微位移能力，使超景深镜头9受到外界环境震动时，具有良好的跟随响应；同时Y-Ζ轴跟随组件2可以为超景深镜头9提供辅助变焦；选用的超景深镜头9具有很宽的放大范围，可更换100-1000倍变焦能力、250~2500倍变焦能力、500~5000倍变焦能力的镜头；超景深镜头9具有较大的景 深能力，可得到微观被观测试件三维形貌图像。
[0018]本实用新型的有益效果在于:与现有技术相比，本实用新型具有体积精巧、精密驱动、跟随效果好、易于集成等优点。通过五自由度精密驱动组件实现对超景深镜头和被观测试件间相对位置进行五自由度精密调节，使得超景深镜头具有较大的观测范围；χ-Y-ζ三轴跟随组件可实现X、Υ、ζ三方向相对于观测试件的超精密跟随，以得到相对微震动中的试件的清晰微观图像；通过超景深镜头观测，得到试件的稳定的微观三维形貌图像。本实用新型可独立作为观测平台，实现对试件微观形貌进行观察；也可安装于试验机及其他测试设备上，一体化主动跟随载荷下微振动中的被测试件，对被测试件的微观变形、损伤与断裂过程进行实时原位观测；也可以安装于机床上，对工作中的机床零部件试试跟随，在线观察及测试，可得到机床零部件在真实受力状态下微观三维形貌，为机床零部件的设计改进提供关键数据。集成性高，实用性强，既可以独立使用又可以和其他设备组合使用。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，本实用新型的示意性实例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。
[0020]图1为本实用新型的主体结构示意图；
[0021]图2为本实用新型的X轴移动组件的结构示意图；
[0022]图3为本实用新型的Y轴移动组件的结构示意图；
[0023]图4为本实用新型的Z轴移动组件的结构示意图；
[0024]图5为本实用新型的Y-Ζ轴跟随组件的结构示意图；
[0025]图6为本实用新型的X轴跟随组件的结构示意图；
[0026]图7为本实用新型的超景深镜头及X、Z轴转动组件的结构示意图。
[0027]图中:1、跟随组件底板；2、Y-Ζ轴跟随组件；3、内六角螺钉；4、跟随组件连接板；
5、X轴跟随组件；6、Z轴转动组件；7、X轴转动组件；8、显微镜连接轴；9、超景深镜头；10、超景深镜头固定块；11、Z轴移动组件；12、Y轴移动组件；13、线位移式光栅尺；14、X轴移动组件；15、限位开关；16、限位开关座；17、螺母；18、直线导轨；19、EK丝杠座；20、滚珠丝杠；21、螺母座；22、丝杠螺母；23、弹簧；24、滑块；25、X轴底板；26、EF丝杠座；27、联轴器；28、电机座；29、减速器；30、伺服电机；31、Y-Z轴连接板；32、连接板；33、三角板；34、Ζ轴底板；35、Y-Ζ向柔性铰链；36、楔形块；37、压电陶瓷；38、连接杆部I ;39、移动部位I ;40、连接杆部II ;41、移动部位II ;42、Χ向柔性铰链；43、连接杆部III ;44、输出轮；45、U形连接板；46、舵机；47、多功能连接板。
【具体实施方式】
[0028]下面结合附图进一步说明本实用新型的详细内容及其【具体实施方式】。
[0029]参见图1至图7所示，本实用新型的独立式五自由度超精密材料原位测试显微观测台主要由Χ、y、ζ轴移动组件14，12，11、Χ、Ζ轴转动组件7，6、Χ、Υ-Ζ轴柔性铰链式超精密跟随组件5，2及超景深观测镜头9组成。
[0030]所述Υ轴移动组件12安装于X轴移动组件14之上，Ζ轴移动组件11安装于Υ轴移动组件12之上；跟随组件底板1安装于Ζ轴移动组件11之上，Y-Ζ轴跟随组件2通过内六角螺钉3安装于跟随组件底板1之上，X轴跟随组件5通过跟随组件连接板(4)与Y-Ζ轴跟随组件2连接；Ζ轴转动组件6安装于X轴跟随组件5之上，X轴转动组件7安装于Ζ轴转动组件6之上；超景深观测镜头9固定于超景深镜头固定块10的孔中，超景深镜头固定块10通过显微镜连接轴8与X轴转动组件7连接。
[0031]所述的Χ、Υ、Ζ轴移动组件14，12，11中配备的伺服电机带有20位编码器及保持制动器，使电机能够达到纳米级的角位移分辨率，并且相对的移动组件具有自锁能力。检测线位移式光栅尺13用于检测Ζ轴移动组件11与Υ轴移动组件12之间相对位移，以实现对Υ轴位移的闭环控制。X、Ζ轴的位移检测原理如前所述。
[0032]参见图2所示，所述的X轴移动组件14可以提供精密的X轴方向位移，由伺服电机30提供动力，经过减速器29减速后，驱动滚珠丝杠20输出直线位移，X轴方向精密移动组件14依靠两侧的双滑块导轨18支撑导向，直线导轨18两侧分别装有限位开关15，用于提示完成行程控制和限位保护。所述的伺服电机30通过螺钉与减速器29连接，减速器29为行星齿轮减速器，减速比为33，精度为3分；减速器29通过螺钉固定于电机座28之上，电机座28固定在X轴底板25相应的螺纹孔中；减速器29输出轴通过联轴器27与滚珠丝杠20的端部连接，滚珠丝杠20两端分别通过EF丝杠座26与EK丝杠座19支撑，EF丝杠座26与EK丝杠座19固定在X轴底板25上；弹簧23套在滚珠丝杠20上，两端分别与丝杠螺母22和EF丝杠座26通过螺钉连接，丝杠螺母22安装于螺母座21孔中，通过螺钉紧固；直线导轨18上安装有两个滑块24，以加大对上层工作台的支撑力；直线导轨18通过螺钉紧固于X轴底板25之上；限位开关15安装于限位开关座16上的螺纹孔内，使用前后两个螺母17将限位开关15固定在限位开关座16上，限位开关座16通过螺丝固定于X轴底板25上。
[0033]所述的X轴移动组件14的螺母座21在运动过程中弹簧23始终处于拉伸状态，辅以滚珠丝杠20的滚珠经过零间隙预处理，使得丝杠螺母22在往复运动中消除间隙，提高了X轴移动组件14的精度。Υ、Z轴的滚珠丝杠消隙方法如前所述。
[0034]参见图3及图4所示,所述的Y轴移动组件12、Z轴移动组件11中的连接方式与X轴方向移动组件14相似。所述的Z轴移动组件11中的Y-Ζ轴连接板31与Y轴移动组件12通过螺钉紧固连接；Z轴底板34通过螺钉与Y-Ζ轴连接板31相互垂直连接，连接板32与三角板33分别连接在Z轴底板34与Y-Ζ轴连接板31两端，起到连接和支撑两板34，31的作用，并留出了 Z方向传动链布置的空间。
[0035]参见图5及6所示，所述的X-Y-Z三轴跟随组件由Y-Ζ轴跟随组件2与X轴方向跟随组件5组成。所述的Y-Ζ轴方向跟随组件2与X轴方向跟随组件5通过L形跟随组件连接板4连接，使得X向柔性铰链42与Y-Ζ向柔性铰链35相互垂直；Y-Z轴方向跟随组件2与X轴方向跟随组件5 —起响应可实现Χ-Υ-Ζ三轴联动跟随。
[0036]所述的Y-Ζ轴跟随组件2由Y-Ζ向柔性铰链35、楔形块36、压电陶瓷37组成。所述的Y-Ζ向柔性铰链35通过三个连接螺钉固定在跟随组件底板1上；y-ζ向柔性铰链35由两个相互垂直的平行四连杆机构组成，Υ向平行四连杆机构嵌套在Ζ向平行四连杆机构之内；利用压电陶瓷37的压电效应提供驱动力，Ζ向平行四连杆机构由两个连接杆部I 38与Υ向平行四连杆机构构成；Υ向平行四连杆机构由两个连接杆部II 40与移动部位I 39构成；楔形块36用于调整压电陶瓷37与Y-Ζ向柔性铰链35的间隙，并同时可对压电陶瓷37预压处理。
[0037]所述的X轴跟随组件5中的X向柔性铰链42通过两个连接螺钉固定在跟随组件连接板4上，驱动原理如前所述，X向柔性铰链42包括一个X向平行四连杆机构，X向平行四连杆机构由两个连接杆部III 43与移动部位II 41构成，可实现X轴跟随。
[0038]参见图7所示，所述的Ζ轴转动组件6的多功能连接板47通过螺钉与X轴跟随组件5中的移动部位II 41连接；转动组件由舵机46提供动力，X轴转动组件7与Ζ轴转动组件6通过U形连接板45连接，输出轴方向相互垂直；显微镜连接轴8安装于X轴转动组件7之上，显微镜连接轴8与超景深镜头固定块10通过轴孔过盈连接，超景深镜头9与超景深镜头固定块10通过轴孔固定连接。
[0039]所述的超景`深镜头9安装于五自由度运动构件的最上端，X、Υ、Ζ轴移动组件14，12，11各具有100mm的行程能力，位移精度为0.1 μ m，使超景深镜头9具有很大的移动范围；X、Z轴转动组件7，6各具有180°角位移能力，转角精度为0.18°，使超景深镜头9能够对被测试件的不同角度进行观测；Χ、Υ、Z轴跟随组件5，2各具有行程为30 μ m、精度为10nm的超精密微位移能力，使超景深镜头9受到外界环境震动时，具有良好的跟随响应；同时Y-Z轴跟随组件2可以为超景深镜头9提供辅助变焦；选用的超景深镜头9具有很宽的放大范围，可更换100-1000倍变焦能力、250~2500倍变焦能力、500~5000倍变焦能力的镜头；超景深镜头9具有较大的景深能力，可得到微观被观测试件三维形貌图像。
[0040]以上所述仅为本实用新型的优选实例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡对本实用新型所作的任何修改、等同替换、改进等，均应 包含在本实用新型的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种独立式五自由度超精密材料原位测试显微观测台，其特征在于:包括X轴移动组件(14)、Y轴移动组件(12)、Z轴移动组件(11)、X轴转动组件(7)、Z轴转动组件(6)、X-Y-Z三轴跟随组件、超景深镜头(9);所述Y轴移动组件(12)安装于X轴移动组件(14)之上，Z轴移动组件(11)安装于Y轴移动组件(12)之上；跟随组件底板(1)安装于Z轴移动组件(11)之上，X-Y-Z三轴跟随组件的Y-Z轴跟随组件(2)通过内六角螺钉(3)安装于跟随组件底板(1)之上，X轴跟随组件(5)通过跟随组件连接板(4)与Y-Z轴跟随组件(2)连接；Z轴转动组件(6)安装于X轴跟随组件(5)之上，X轴转动组件(7)安装于Z轴转动组件(6)之上；超景深观测镜头(9)固定于超景深镜头固定块(10)的孔中，超景深镜头固定块(10)通过显微镜连接轴(8)与X轴转动组件(7)连接。
2.根据权利要求1所述的独立式五自由度超精密材料原位测试显微观测台，其特征在于:所述的X轴移动组件(14)提供精密的X轴方向位移，由伺服电机(30)提供动力，经过减速器(29)减速后，驱动滚珠丝杠(20)输出直线位移，X轴移动组件(14)通过两侧的双滑块的直线导轨(18)支撑导向，直线导轨(18)两侧分别装有限位开关(15)，用于提示完成行程控制和限位保护；所述伺服电机(30 )通过螺钉与减速器(29 )连接，减速器(29 )为行星齿轮减速器；减速器(29 )通过螺钉固定于电机座(28 )之上，电机座(28 )固定在X轴底板(25 )相应的螺纹孔中；减速器(29)输出轴通过联轴器(27)与滚珠丝杠(20)的端部连接，滚珠丝杠(20)两端分别通过EF丝杠座(26)与EK丝杠座(19)支撑，EF丝杠座(26)与EK丝杠座(19)分别固定在X轴底板(25)上；弹簧(23)套在滚珠丝杠(20)上，两端分别与丝杠螺母(22)和EF丝杠座(26)通过螺钉连接，丝杠螺母(22)安装于螺母座(21)孔中，通过螺钉紧固；直线导轨(18)上安装有两个滑块(24)，以加大对上层工作台的支撑力；直线导轨(18)通过螺钉紧固于X轴底板(25)之上；限位开关(15)安装于限位开关座(16)上的螺纹孔内，使用前后两个螺母(17)将限位开关(15)固定在限位开关座(16)上，限位开关座(16)通过螺丝固定于X轴底板(25)上。
3.根据权利要求2所述的独立式五自由度超精密材料原位测试显微观测台，其特征在于:所述的伺服电机(30)带有20位编码器及保持制动器，使电机能够达到纳米级的角位移分辨率，并且相对的移动组件具有自锁能力；Z轴移动组件(11)与Y轴移动组件(12)之间的相对位移通过线位移式光栅尺(13)检测，以实现对Y轴位移的闭环控制。
4.根据权利要求1所述的独立式五自由度超精密材料原位测试显微观测台，其特征在于:所述的Y轴移动组件(12)、Z轴移动组件(11)中的连接方式与X轴方向移动组件(14)相同；所述Z轴移动组件(11)中的Y-Z轴连接板(31)与Y轴移动组件(12)通过螺钉紧固连接；Z轴底板(34)通过螺钉与Y-Z轴连接板(31)相互垂直连接，连接板(32)与三角板(33 )分别连接在Z轴底板(34 )与Y-Z轴连接板(31)两端，起到连接和支撑Z轴底板(34 )、Y-Z轴连接板(31)的作用，并留出了 Z方向传动链布置的空间。
5.根据权利要求1所述的独立式五自由度超精密材料原位测试显微观测台，其特征在于:所述的X-Y-Z三轴跟随组件由Y-Z轴跟随组件(2)与X轴方向跟随组件(5)组成，所述Y-Z轴方向跟随组件(2)与X轴方向跟随组件(5)通过跟随组件连接板(4)连接，使得X向柔性铰链(42)与Y-Z向柔性铰链(35)相互垂直；结合电容式位移传感器可以实现闭环控制，Y-Z轴方向跟随组件(2)与X轴方向跟随组件(5) —起响应可实现X-Y-Z三轴联动跟随。
6.根据权利要求5所述的独立式五自由度超精密材料原位测试显微观测台，其特征在于:所述的Y-Z轴跟随组件(2)由Y-Z向柔性铰链(35)、楔形块(36)、压电陶瓷(37)组成，所述Y-Z向柔性铰链(35)通过三个连接螺钉固定在跟随组件底板(1)上；Y-Z向柔性铰链(35)由两个相互垂直的平行四连杆机构组成，y向平行四连杆机构嵌套在Ζ向平行四连杆机构之内；通过压电陶瓷(37)的压电效应提供驱动力，Ζ向平行四连杆机构由两个连接杆部I (38)与y向平行四连杆机构构成；y向平行四连杆机构由两个连接杆部II (40)与移动部位I (39)构成；楔形块(36)用于调整压电陶瓷(37)与Y-Ζ向柔性铰链(35)的间隙，同时可对压电陶瓷(37)进行预压。
7.根据权利要求5所述的独立式五自由度超精密材料原位测试显微观测台，其特征在于:所述的X轴跟随组件(5)中的X向柔性铰链(42)通过两个连接螺钉固定在跟随组件连接板(4)上，X向柔性铰链(42)包括一个X向平行四连杆机构，X向平行四连杆机构由两个连接杆部111(43)与移动部位II (41)构成，可实现X轴跟随。
8.根据权利要求1所述的独立式五自由度超精密材料原位测试显微观测台，其特征在于:所述的X轴移动组件(14)的螺母座(21)在运动过程中弹簧(23)始终处于拉伸状态，辅以滚珠丝杠(20)的滚珠经过零间隙预处理，使得丝杠螺母(22)在往复运动中消除间隙，提高了 X轴移动组件(14)的精度。
9.根据权利要求1所述的独立式五自由度超精密材料原位测试显微观测台，其特征在于:所述的Ζ轴转动组件(6)的多功能连接板(47)通过螺钉与X轴跟随组件(5)中的移动部位II (41)连接；转动组件由舵机(46)提供动力，X轴转动组件(7)与Ζ轴转动组件(6)通过U形连接板(45 )连接，输出轴方向相互垂直；显微镜连接轴(8 )安装于X轴转动组件.(7 )之上，显微镜连接轴(8 )与超景深镜头固定块(10 )通过轴孔过盈连接，超景深镜头(9 )与超景深镜头固定块(10 )通过轴孔固定连接。
10.根据权利要求1所述的独立式五自由度超精密材料原位测试显微观测台，其特征在于:所述的超景深镜头(9)安装于五自由度运动构件的最上端，X、Υ、Ζ轴移动组件(14、.12、11)各具有100mm的行程能力，位移精度为0.1 μ m，X、Z轴转动组件(7、6)各具有180°角位移能力，转角精度为0.18°，使超景深镜头(9)能够对被测试件的不同角度进行观测；X、Y-Z轴跟随组件(5、2)各具有行程为30 μ m、精度为10nm的超精密微位移能力，使超景深镜头(9)受到外界环境震动时，具有良好的跟随响应；同时Y-Ζ轴跟随组件(2)可以为超景深镜头(9)提供辅助变焦；选用的超景深镜头(9)具有放大范围，可更换100-1000倍变焦能力、250-2500倍变焦能力、500-5000倍变焦能力的镜头；超景深镜头(9)具有景深能力，可得到微观被观测试件三维形貌图像。
【文档编号】G01B11/24GK203550916SQ201320597289
【公开日】2014年4月16日 申请日期:2013年9月26日 优先权日:2013年9月26日
【发明者】赵宏伟, 任露泉, 高景, 董晓龙, 邵明坤, 张鹏, 程虹丙, 唐可洪, 范尊强, 张志辉, 张富, 朱冰, 邹青, 裴永茂, 董景石, 张启勋, 朱玉祥, 李法新, 呼咏, 马敬春 申请人:吉林大学