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专利名称：三维移动显微观测装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种三维移动显微观测装置，以便对试样在断裂过程中产 生的裂纹进行实时动态显微观察、测量和拍摄。
背景技术：
材料试件受载荷作用，破坏过程中裂纹的产生、发展、贯通和最终破坏是 材料科学研究的基础和热点课题。目前，利用高倍光学显微镜对各种材料破坏 过程中裂纹发展的观测是一种既直观、可靠又经济的研究方式。但其通常只能 观测到显微镜视场范围内的某一部分区域，若要观测更大范围的试件表面，则 需移动试件或显微镜。通过观测更大范围的试件表面，可获得大量的显微图像 数据，从而为后续的分析研究提供可靠的试验依据。针对这一研究方法，部分
科研院所研制了一些相关的试验设备。例如，中国专利ZL 00255818. l于2001 年10月3日公开了-^'裂纹扩展全过程的数字式实时多方位观测记录分析装 置，它能实现多镜头的多角度观测，得到对同一观测点不同角度的观测效果， 但该装置不能移动观测镜头和试件，观测范围受到限制。此外，中国专利ZL 200520094280. 3于2007年1月10日公开了一种动态加载条件下表面观测装置， 它虽然能实现三维移动的平面观测，但在水平面两个方向的移动笨重，特定放 大倍数下的显微镜调焦要通过移动除水平支架以外的所有其他装置来实现，难 以达到精确的显微镜调焦，也不能定量地移动显微镜对产生的裂纹进行定位观测，并且不具备调平功能，影响观测效果。以上缺陷严重阻碍了在细观和微观
尺度下研究材料的断裂破坏过程与揭示材料的破坏机理。

实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种三维移动显微观测装置，可 用于对材料试件在载荷作用下裂纹的产生、发展、贯通和最终破坏进行三维移 动实时显微观测。
本实用新型的技术方案如下 一种三维移动显微观测装置，在水平燕尾槽 底座上安装水平燕尾槽拖板，两者之间通过水平丝杆副连接，在水平燕尾槽拖 板上装有垂直燕尾槽底座，该垂直燕尾槽底座的一侧安装垂直燕尾槽拖板，两 者之间通过垂直丝杆副连接，其关键在于在所述垂直燕尾槽拖板的外侧面固 定支座，该支座上安装支撑轴，所述支撑轴呈前后方向水平布置，且支撑轴上 套装一级显微镜支架，该一级显微镜支架由径向上穿设的粗调旋钮顶紧，在一 级显微镜支架上安装二级显微镜支架，二级显微镜支架能相对一级显微镜支架 前后移动，在所述二级显微镜支架上安装体视显微镜，该体视显微镜与支撑轴 同向布置，体视显微镜的前部装有环形灯，在体视显微镜的后端安装CCD摄像机。
采用以上技术方案，通过转动水平丝杆驱动水平燕尾槽拖板在水平方向左 右移动，可以实现体视显微镜在水平面内的横向左右移动；通过转动垂直丝杆
驱动垂直燕尾槽拖板在垂直方向上下移动，可以实现体视显微镜在垂直面内的
竖向上下移动；通过粗调旋钮调整一级显微镜支架在支撑轴上的位置，可以实 现体视显微镜在水平面内的纵向前后大尺度移动； 一级显微镜支架能绕支撑轴 360度旋转，可以改变体视显微镜在周向上的位置，扩大观察范围，实现了多角
5度观察；二级显微镜支架能相对一级显微镜支架做前后微小移动，可以实现体 视显微镜在水平面内的纵向前后小尺度移动。体视显微镜实现光学放大；CCD摄 像机安装在体视显微镜的目镜处，并用二级显微镜支架支撑，实现图像采集、 拍照、摄像和电子放大功能，同时与计算机相连实现数据处理和图像处理。
本实用新型可以对一个平面场进行定量实时观测并拍摄图像，能完整记录
试样裂纹在不同阶段的扩展情况和最后的破坏状态；拍摄功能可以回放整个试
验过程，更有利于深入研究试样的裂纹形成过程；具有测量裂纹长度及试样的
微观结构的功能。本实用新型结构简单可靠，加工成本低，工作稳定，操作灵
活，可广泛用于材料细观试验中试件受力变形全过程的观察、记录和分析。
为了防止二级显微镜支架相对于一级显微镜支架发生左右晃动，并保证二
级显微镜支架前后微小移动的可靠性，上述二级显微镜支架的底部具有燕尾形
导条，该导条嵌入一级显微镜支架顶部对应的燕尾槽中，在一级显微镜支架内
安装齿轮，该齿轮与导条底面设置的齿条相啮合，所述齿轮安装轴的两端伸出
一级显微镜支架的两侧面，并分别安装微调旋钮。
在上述水平燕尾槽底座正面的上部固定有水平标尺，水平燕尾槽拖板上设
有与该水平标尺相对应的指针。指针与水平标尺配合，可以确定水平燕尾槽拖
板的水平移动距离，实现水平方向定量移动。
在上述垂直燕尾槽底座正面的中部固定有垂直标尺，垂直燕尾槽拖板上设 有与该垂直标尺相对应的指针。指针与垂直标尺配合，可以确定垂直燕尾槽拖 板的垂直移动距离，实现垂直方向的定量移动。
在上述水平燕尾槽底座底部的四个角处均装有脚螺旋，通过调节脚螺旋和 利用上述支座上部的平台上的气泡水平仪，可以调整水平燕尾槽底座的水平度，以保证显微镜与试样垂直。
本实用新型的有益效果是
本实用新型可以实时地观测记录，保证了裂纹扩展全过程观测不间断，并 且可以定量的移动视场跟踪拍摄裂纹尖端的发展情况；体视显微镜通过CCD摄 像系统与计算机相连，在计算机上通过测量软件对观察到的裂纹长度及试样的 微观结构进行数据处理，并分析其发展过程；显微镜具有粗调和微调两级调节，
且微调采用体视显微镜原装旋钮，操作灵活、精确，镜头前探，可近距离的观 测，实现高倍数成像。本实用新型自带调平机构，保证了显微镜与试样垂直，
提高了观测效果；本实用新型水平方向的左右移动和垂直方向的上下移动采用 丝杆副加燕尾槽的方式，试验过程稳定；水平燕尾槽底座和垂直燕尾槽底座带 标尺，可定量地移动显微镜，避免盲目观测。
本实用新型提高了试验精度，縮短了试验时间，具有结构简单、加工成本 低、工作稳定、操作灵活等特点，可广泛用于材料细观试验中试件受力变形全 过程的观察、记录和分析。

图1为本实用新型的结构示意图。 图2为图1中体视显微镜的右视图。
图3为本实用新型的主视图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明
如图l、图3所示，在水平燕尾槽底座1底部的四个角处均装有脚螺旋15， 以便调整水平燕尾槽底座1的水平度。在水平燕尾槽底座1内的上部安装水平 丝杆3，该水平丝杆3呈左右方向水平布置，在水平丝杆3的外端装有带手柄的转盘。水平燕尾槽拖板2安装在水平燕尾槽底座1的顶部，水平燕尾槽拖板2
底部安装的螺母套装在水平丝杆3上，两者螺纹配合，转动水平丝杆3可以驱 动水平燕尾槽拖板2在水平方向左右移动。在水平燕尾槽底座1正面的上部固 定有横向分布的水平标尺16，水平燕尾槽拖板2上设有与该水平标尺16相对应 的指针，指针与水平标尺16配合，可以确定水平燕尾槽拖板2的水平移动距离， 实现水平方向定量移动。
如图1、图3所示，在水平燕尾槽拖板2的顶部通过螺钉固定垂直燕尾槽底 座4，该垂直燕尾槽底座4的中部安装垂直丝杆6，该垂直丝杆6呈上下方向竖 直布置，在垂直丝杆6的上端装有带手柄的转盘。垂直燕尾槽拖板5位于垂直 燕尾槽底座4的右侧，该垂直燕尾槽拖板5上的螺母套装在垂直丝杆6上，两 者螺纹配合，转动垂直丝杆6可以驱动垂直燕尾槽拖板5在垂直方向上下移动。 在垂直燕尾槽底座4正面的中部固定有呈竖直布置的垂直标尺17，垂直燕尾槽 拖板5上设有与该垂直标尺17相对应的指针，指针与垂直标尺17配合，可以 确定垂直燕尾槽拖板5的垂直移动距离，实现垂直方向的定量移动。
如图1、图2和图3所示，在垂直燕尾槽拖板5的右侧通过螺钉固定支座 19，该支座19上部的平台上安装有气泡水平仪18，通过观察气泡水平仪18可 以判断水平燕尾槽底座1的水平度。在所述支座19上安装支撑轴7，该支撑轴 7呈前后方向水平布置，且支撑轴7上套装一级显微镜支架8，该一级显微镜支 架8由径向上穿设的粗调旋钮9顶紧。在一级显微镜支架8上安装一级显微镜 支架10， 二级显微镜支架10的底部具有燕尾形导条，该导条嵌入一级显微镜支 架8顶部对应的燕尾槽中，在一级显微镜支架8内安装齿轮，该齿轮与导条底 面设置的齿条相啮合，所述齿轮安装轴的两端伸出一级显微镜支架8的两侧面，并分别安装微调旋钮11。在所述二级显微镜支架10上安装体视显微镜12，该
体视显微镜12与支撑轴7同向布置，体视显微镜12实现光学放大。在体视显 微镜12的前部装有环形灯13，体视显微镜12后端的目镜处安装CCD摄像机14， CCD摄像机14由二级显微镜支架IO支撑，实现图像采集、拍照、摄像和电子 放大功能，并与计算机相连实现数据处理和图像处理。
本实用新型中体视显微镜12在三维空间上具有多个自由度，SP:通过转动 水平丝杆3驱动水平燕尾槽拖板2在水平方向左右移动，可以实现体视显微镜 12在水平面内的横向左右移动；通过转动垂直丝杆6驱动垂直燕尾槽拖板5在 垂直方向上下移动，可以实现体视显微镜12在垂直面内的竖向上下移动；通过 粗调旋钮9调整一级显微镜支架8在支撑轴7上的位置，可以实现体视显微镜 12在水平面内的纵向前后大尺度移动；一级显微镜支架8能绕支撑轴7进行360 度旋转，可以改变体视显微镜12在周向h的位置，实现多角度观察；通过微调 旋钮11驱动二级显微镜支架10相对一级显微镜支架8做前后微小移动，可以 实现体视显微镜12在水平面内的纵向前后小尺度移动。试验前，调整好计算机 辅助系统和显微观测系统，进入图像观测及拍摄状态。移动本实用新型，调整 体视显微镜12，使物镜对准所需要观测的试验中试样表面中间，以达到最佳的 观测效果。试验开始前期，使用小倍数的大范围观测，当发现裂纹时，移动水 平和垂直燕尾槽拖板，使裂纹尖端位于视场中间，再通过粗调和微调旋钮调整 物距，增加放大倍数，进入细观观测阶段，同时拍摄裂纹的发展和捕捉图片。 在计算机上对观察到的裂纹长度及试样的微结构进行数据处理。试验结束后可 通过回放拍摄录像仔细研究整个试验过程。
权利要求1、一种三维移动显微观测装置，在水平燕尾槽底座(1)上安装水平燕尾槽拖板(2)，两者之间通过水平丝杆副连接，在水平燕尾槽拖板(2)上装有垂直燕尾槽底座(4)，该垂直燕尾槽底座(4)的一侧安装垂直燕尾槽拖板(5)，两者之间通过垂直丝杆副连接，其特征在于在所述垂直燕尾槽拖板(5)的外侧面固定支座(19)，该支座(19)上安装支撑轴(7)，所述支撑轴(7)呈前后方向水平布置，且支撑轴(7)上套装一级显微镜支架(8)，该一级显微镜支架(8)由径向上穿设的粗调旋钮(9)顶紧，在一级显微镜支架(8)上安装二级显微镜支架(10)，二级显微镜支架(10)能相对一级显微镜支架(8)前后移动，在所述二级显微镜支架(10)上安装体视显微镜(12)，该体视显微镜(12)与支撑轴(7)同向布置，体视显微镜(12)的前部装有环形灯(13)，在体视显微镜(12)的后端安装CCD摄像机(14)。
2、 根据权利耍求l所述的三维移动显微观测装置，其特征在于所述二级 显微镜支架(10)的底部具有燕尾形导条，该导条嵌入一级显微镜支架(8)顶 部对应的燕尾槽中，在一级显微镜支架(8)内安装齿轮，该齿轮与导条底面设 置的齿条相啮合，所述齿轮安装轴的两端伸出一级显微镜支架(8)的两侧面， 并分别安装微调旋钮(11)。
3、 根据权利要求l所述的三维移动显微观测装置，其特征在于在所述水 平燕尾槽底座(1)正面的上部固定有水平标尺(16)，水平燕尾槽拖板(2)上 设有与该水平标尺(16)相对应的指针。
4、 根据权利要求l所述的三维移动显微观测装置，其特征在于在所述垂直燕尾槽底座(4)正面的中部固定有垂直标尺(17)，垂直燕尾槽拖板(5)上 设有与该垂直标尺(17)相对应的指针。
5、 根据权利要求1或2或3或4所述的三维移动显微观测装置，其特征在 于在所述水平燕尾槽底座(1)底部的四个角处均装有脚螺旋(15)。
6、 根据权利要求1或2所述的三维移动显微观测装置，其特征在于在所 述支座(19)上部的平台上安装有气泡水平仪(18)。
专利摘要一种三维移动显微观测装置，在水平燕尾槽底座上安装水平燕尾槽拖板，水平燕尾槽拖板上装有垂直燕尾槽底座，该垂直燕尾槽底座的一侧安装垂直燕尾槽拖板，垂直燕尾槽拖板的外侧面固定支座，该支座上安装支撑轴，且支撑轴上套装一级显微镜支架，该一级显微镜支架由径向上穿设的粗调旋钮顶紧，在一级显微镜支架上安装二级显微镜支架，二级显微镜支架上安装体视显微镜，该体视显微镜与支撑轴同向布置，体视显微镜的前部装有环形灯，在体视显微镜的后端安装CCD摄像机。本实用新型提高了试验精度，有利于发现新的试验现象，并缩短了试验时间，具有结构简单、加工成本低、工作稳定、操作灵活等特点，可广泛用于材料细观试验中试件受力变形全过程的观察、记录和分析。
文档编号G01N21/84GK201266175SQ200820099769
公开日2009年7月1日 申请日期2008年8月22日 优先权日2008年8月22日
发明者刘延保, 张立强, 曹树刚, 勇 李, 军 王, 王维忠 申请人:重庆大学