[发明专利]一种材料介观尺度单向拉伸测量系统及方法

权利要求书

1.一种材料介观尺度单向拉伸测量系统，其特征在于，所述系统用于数微米至数百微米之间的介观尺度力学性能的测量，系统包括样品固定单元、样品对中单元、精密加载单元、载荷信号传感单元、数字图像相关应变测量单元以及操作台；

所述的数字图像相关应变测量单元设置在操作台(9)的一侧，用于对样品的正面进行图像采集，包括手动三维平移台(20)、高倍远心测量镜头(18)、CCD工业相机I(17)、高速图像采集卡以及实时数字图像相关计算模块；通过手动三维平移台(20)的三轴移动实现远心测量镜头(18)的聚焦和视场选择；所述的实时数字图像相关计算模块通过CCD工业相机I(17)实时抓取样品表面图像并利用数字图像相关算法计算出图像中事先选定特征点的亚像素位移和实时应变。

2.根据权利要求1所述的材料介观尺度单向拉伸测量系统，其特征在于，所述的样品对中单元包括对中操作机构和对中观察机构，对中操作机构设置在操作台(9)的下部，包括X轴电动平移台(7)及X轴步进电机(8)、Y轴电动平移台(5)及Y轴步进电机(4)，所述对中观察机构包括设置在操作台一侧的高倍对中显微镜头(24)、CCD工业相机Ⅱ(23)及相应的图像采集卡，用于观察微试样侧面，以及设置在操作台另一侧的高倍远心测量镜头(18)、CCD工业相机I(17)及相应的高速图像采集卡，用于观察试样正面。

3.根据权利要求2所述的材料介观尺度单向拉伸测量系统，其特征在于，所述样品固定单元包括样品台和微拉头(13)，所述样品台包括心部加工有狭缝的方形夹持块(25)、可移动样品托(27)和紧固螺丝(26)。测试时，先用胶水将加工有微试样的样品(28)固定于样品托(27)的一端，然后把样品托(27)插入方形夹持块(25)的中心狭缝，在远心测量镜头(18)的实时高倍图像中调整样品方位，保证微试样平行受力轴，最后用紧固螺丝(26)锁紧样品托(27)。

4.根据权利要求3所述的材料介观尺度单向拉伸测量系统，其特征在于，所述的微拉头为高刚度长方形金属薄片，一端通过微加工技术加工有方C型中空结构(29)，方C型中空结构(29)的开口宽度略大于拉伸微试样标距宽度，用于将狗骨头微拉伸试样包含其中。

5.根据权利要求4所述的材料介观尺度单向拉伸测量系统，其特征在于，所述的精密加载单元为内置有线性编码器的压电陶瓷直线促动器(10)，压电陶瓷直线促动器(10)通过紧固件(6)垂直固定于X轴电动平移台(7)上，通过控制压电陶瓷直线促动器牵(10)引样品台，向下运动实现位移控制的单向拉伸测试。

6.根据权利要求5所述的材料介观尺度单向拉伸测量系统，其特征在于，所述的载荷信号传感单元包括精密微型力传感器(15)和相应的信号采集模块，用于测量和记录微试样的实时受力，力传感器(15)的固定端通过螺纹直接固定于横梁(16)，测量端则连接微拉头夹持杆(14)。

7.根据权利要求6所述的材料介观尺度单向拉伸测量系统，其特征在于，系统还包括底座(3)；操作台(9)通过四根立柱II(2)设置在底座(3)上方；操作台(9)上部设置两根立柱III(12)，并且两根立柱III(12)的连线与X轴呈角度设置，以保证对中显微镜头(24)平行于X轴；横梁(16)通过圆孔套在两根立柱III(12)上，并用螺丝固定，横梁(16)的高度位置可上下自由调节。

所述高倍对中显微镜头(24)通过对中镜头紧固块(22)固定在其中一根立柱III(12)上，用于观察试样侧面。

所述高倍远心测量镜头(18)平行于Y轴，通过固定块(19)固定于手动三维平移台(20)，再通过固定块(21)和三根立柱I(1)固定于底座(3)。

所述的实时数字图像相关计算模块包括测量软件。