[发明专利]复杂柔顺机构变形精密测试装置与测量方法

权利要求书

1.一种复杂柔顺机构变形精密测试装置，其特征在于：包括z轴调整单元、被测柔顺机构单元、接触探测单元、试件宏动调整单元，所述z轴调整单元通过螺钉与侧板（2）连接，被测柔顺机构单元通过螺钉安装在z轴调整单元的过渡连接件a（4）下端，试件宏动调整单元通过螺钉与底座（1）连接，接触探测单元通过过渡连接件b（13）安装在试件宏动调整单元上。

2.根据权利要求1所述的复杂柔顺机构变形精密测试装置，其特征在于：所述的z轴调整单元包括z轴宏动调整机构（3）和过渡连接件a（4），实现被测柔顺机构单元沿z轴的上下调整。

3.根据权利要求1所述的复杂柔顺机构变形精密测试装置，其特征在于：所述的被测柔顺机构单元包括混合结构铰链（5）、压电叠堆（6）、压头安装座（7）、锁紧螺钉（8）和圆锥形金刚石压头（9），所述混合结构铰链（5）通过螺钉安装在z轴调整单元下端，压电叠堆（6）通过楔块预紧安装在混合结构铰链（5）的凹槽内，压头安装座（7）通过熔融石蜡粘连在混合结构铰链（5）输出端一侧面，圆锥形金刚石压头（9）通过锁紧螺钉（8）安装在压头安装座（7）通孔内。

4.根据权利要求1所述的复杂柔顺机构变形精密测试装置，其特征在于：所述的接触探测单元包括试件（10）、载物台（11）、力传感器（12）和过渡连接件b（13），所述试件（10）通过熔融石蜡粘连在载物台（11）上表面，载物台（11）通过螺纹与力传感器（12）上端相连接，力传感器（12）通过其下端螺纹杆安装在过渡连接件b（13）上，过渡连接件b（13）通过螺钉安装在试件宏动调整单元上端。

5.根据权利要求1所述的复杂柔顺机构变形精密测试装置，其特征在于：所述的试件宏动调整单元由y轴宏动调整机构（14）和x轴宏动调整机构（15）组成。

6.一种复杂柔顺机构变形精密测量方法，其特征在于：包括以下步骤：

a）将试件（10）通过熔融石蜡粘连载物台（11）上表面，调整y轴宏动调整机构（14）、x轴宏动调整机构（15）和z轴宏动调整机构（3）使试件（10）处于圆锥形金刚石压头（9）正下端；

b）调整z轴宏动调整机构（3），使圆锥形金刚石压头（9）接近试件表面，利用力传感器（12）示数变化判断圆锥形金刚石压头（9）与试件表面的接触，当接触载荷为100mN时，停止调整z轴宏动调整机构（3），之后反方向调整z轴宏动调整机构（3），使得圆锥形金刚石压头（9）脱离试件（10）表面，此时在试件（10）表面形成一个残余压痕；调整y轴宏动调整机构（14）使试件（10）沿着y轴运动25μm，之后重复上述步骤，在试件表面沿着y轴形成三个残余压痕，用于确定测试后试件（10）表面的坐标系y轴；

c）当进行第四个压痕点时，保持圆锥形金刚石压头（9）与试件（10）之间的100mN接触载荷，之后给压电叠堆（6）施加驱动电压，此时压电叠堆伸长，驱动混合结构铰链（5）变形，使得圆锥形金刚石压头（9）与试件（10）之间产生相对滑动，从而在试件（10）表面形成一条划痕；

d）反方向调整z轴宏动调整机构（3），使得圆锥形金刚石压头（9）脱离试件（10）表面，之后利用显微镜对试件（10）表面进行观测，获取残余划痕形貌；

e）利用步骤b）中得到的三个残余压痕形貌确定y轴，并根据测试装置坐标系，在试件（10）表面建立x-y坐标系，进而根据获得的残余划痕形貌分析混合结构铰链（5）输出端沿x轴和y轴的运动特性。