全視角三維可調(diào)的多用途細(xì)觀可視裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種全視角三維可調(diào)的多用途細(xì)觀可視裝置。該裝置由全視角三維可調(diào)系統(tǒng)和細(xì)觀可視系統(tǒng)組成，其中，全視角三維可調(diào)系統(tǒng)包括底座支撐平臺(tái)、X軸齒條軸、Y軸齒條軸、X軸齒輪旋鈕、Y軸齒輪旋鈕、X軸滑板、Y軸滑板、固定盤座、旋轉(zhuǎn)支架、銷緊螺栓、Z軸立桿、Z軸齒條軸、Z軸齒輪旋鈕、框架、銷緊螺栓；細(xì)觀可視系統(tǒng)包括FITCCD攝像機(jī)、同軸照明光源、光學(xué)顯微鏡、固定螺栓、光源線和信號(hào)線、計(jì)算機(jī)采集分析系統(tǒng)。主要優(yōu)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)了全視角和三維精確可調(diào)，能夠?qū)崟r(shí)、動(dòng)態(tài)、全過程地觀測、記錄和分析細(xì)觀力學(xué)試驗(yàn)中材料的細(xì)觀力學(xué)行為，并且結(jié)構(gòu)簡單、操作方便，為研究煤、巖、金屬等多種材料的細(xì)觀力學(xué)行為提供了有效工具。
【專利說明】全視角三維可調(diào)的多用途細(xì)觀可視裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及材料細(xì)觀力學(xué)行為研究領(lǐng)域，尤其是涉及一種全視角三維可調(diào)的多用途細(xì)觀可視裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著各工程領(lǐng)域研究工作的不斷深入，對(duì)研究對(duì)象力學(xué)行為的探索已進(jìn)入細(xì)觀階段。例如，礦業(yè)工程領(lǐng)域的煤和圍巖材料，已不再僅僅滿足于對(duì)其宏觀動(dòng)力現(xiàn)象和力學(xué)行為的研究，其受力后細(xì)觀微裂紋的萌生、發(fā)展、貫通、脆斷，或細(xì)觀微孔洞的成核、生長匯合、韌斷，直至產(chǎn)生宏觀裂紋、斷裂破壞的機(jī)理及影響因素是目前研究熱點(diǎn)。又如，土建工程領(lǐng)域的巖石、混泥土和鋼筋等材料力學(xué)特性研究，儀器儀表工程領(lǐng)域金屬材料承重、承壓特性研究等等，對(duì)這些材料的細(xì)觀力學(xué)行為的研究可填補(bǔ)宏觀力學(xué)行為研究的空白，為全面掌握各種工程材料特性、更好地生產(chǎn)或使用它們提供技術(shù)支持，更好地保障安全生產(chǎn)或安全使用。
[0003]細(xì)觀力學(xué)行為研究主要通過細(xì)觀力學(xué)試驗(yàn)進(jìn)行，即研究材料在力學(xué)加載條件下的細(xì)觀結(jié)構(gòu)(微裂紋、微孔洞)的演變過程，進(jìn)而掌握材料的力學(xué)行為。目前，一些學(xué)者研制了相關(guān)的裝置設(shè)備，曹樹剛等發(fā)明了采用分級(jí)顯微支架布置模式的三維移動(dòng)顯微觀測裝置(申請(qǐng)?zhí)?CN200820099769.3)，它的不足在于該裝置相對(duì)復(fù)雜和笨重，且無法保證觀測視線和試件裂紋發(fā)展處于垂直視角；周翠英等發(fā)明了一種巖土軟化細(xì)觀力學(xué)試驗(yàn)的三軸可調(diào)顯微觀測系統(tǒng)(申請(qǐng)?zhí)?CN200910036622.9)，它的不足同樣在于無法實(shí)現(xiàn)不同試件的裂紋發(fā)展的垂直視角觀測，且無法精確三維調(diào)節(jié)的尺寸。歸納來說，可視裝置多為某一類試驗(yàn)所用，存在整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理、結(jié)構(gòu)簡單的卻觀測功能少、功能較多的又裝置復(fù)雜而笨重等不足?？梢?，為了全面掌握試驗(yàn)過程中材料的細(xì)觀力學(xué)狀態(tài)，有必要設(shè)計(jì)一個(gè)能實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)、全過程地三維全視角觀測、記錄和分析細(xì)觀力學(xué)試驗(yàn)中材料細(xì)觀力學(xué)行為，且結(jié)構(gòu)相對(duì)簡單、操作方便的細(xì)觀可視裝置。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]針對(duì)現(xiàn)有可視裝置存在的問題，本實(shí)用新型的目的在于提供一種全視角三維可調(diào)的多用途細(xì)觀可視裝置，以實(shí)現(xiàn)全視角三維可調(diào)，實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)、全過程地觀測、記錄和分析細(xì)觀力學(xué)試驗(yàn)中材料的細(xì)觀力學(xué)行為，并且結(jié)構(gòu)簡單、操作方便，可用于煤、巖、金屬等多種材料試件(柱形或方形均可)的細(xì)觀力學(xué)試驗(yàn)。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用以下技術(shù)方案:
[0006]實(shí)用新型提供的全視角三維可調(diào)的多用途細(xì)觀可視裝置，包括全視角三維可調(diào)系統(tǒng)和細(xì)觀可視系統(tǒng)，其中全視角三維可調(diào)系統(tǒng)包括底座支撐平臺(tái)、X軸齒條軸、Y軸齒條軸、X軸齒輪旋鈕、Y軸齒輪旋鈕、X軸滑板、Y軸滑板、固定盤座、旋轉(zhuǎn)支架、銷緊螺栓、Z軸立桿、Z軸齒條軸、Z軸齒輪旋鈕、框架、銷緊螺栓；細(xì)觀可視系統(tǒng)包括FIT CXD攝像機(jī)、同軸照明光源、光學(xué)顯微鏡、固定螺栓、光源線和信號(hào)線；所述X軸齒條軸固定于底座支撐平臺(tái)上，X軸滑板通過齒輪齒條作用可在X軸方向上滑移，Y軸滑板通過齒輪齒條作用可在X軸滑板上沿Y軸滑移，Y軸齒條軸固定于Y軸滑板上，在Y軸滑板中央安裝固定盤座，旋轉(zhuǎn)支架嵌套在固定盤座上，在旋轉(zhuǎn)支架上部平臺(tái)上安裝Z軸立桿，Z軸齒條軸固定于Z軸立桿中間軸線上，框架通過齒輪齒條作用可在Z軸立桿上滑移，細(xì)觀可視系統(tǒng)中的FIT CXD攝像機(jī)、同軸照明光源和光學(xué)顯微鏡通過固定螺栓(16)連接在框架(14)的一端，且FIT C⑶攝像機(jī)和同軸照明光源分別引出的光源線和信號(hào)線有連接于計(jì)算機(jī)的接口。
[0007]進(jìn)一步，所述X軸齒條軸、Y軸齒條軸、Z軸齒條軸上均附有長度刻值，并由X軸齒輪旋鈕對(duì)應(yīng)調(diào)整X軸滑板在X軸方向上的位置、Y軸齒輪旋鈕對(duì)應(yīng)調(diào)整Y軸滑板在Y軸方向上的位置、Z軸齒輪旋鈕對(duì)應(yīng)調(diào)整框架在Z軸立桿上的位置，通過計(jì)算調(diào)整位置前后的齒輪與齒條嚙合處讀值之差，可讀取相應(yīng)刻度值，確定在實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)、全過程觀測時(shí)細(xì)觀可視系統(tǒng)在三維軸線上滑移的距離。
[0008]進(jìn)一步，所述X軸齒輪旋鈕和Y軸齒輪旋鈕嵌套配置在X軸滑板上，用以分別調(diào)整X軸滑板和Y軸滑板的滑移。
[0009]進(jìn)一步，所述固定盤座由底部大圓柱、上部小圓柱塑材組成，且小圓柱塑材表面附有角度刻值，所述旋轉(zhuǎn)支架嵌套在上部小圓柱塑材上，并通過銷緊螺栓來調(diào)整或固定細(xì)觀可視系統(tǒng)的觀測角度，同時(shí)根據(jù)調(diào)整前后的銷緊螺栓箭頭對(duì)應(yīng)的刻度值，可計(jì)算出旋轉(zhuǎn)的角度值，用來確定對(duì)于柱體或方體試件細(xì)觀結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)演化過程在全視角觀測下的視角變化。
[0010]進(jìn)一步，所述旋轉(zhuǎn)支架為鏤空結(jié)構(gòu)，下部嵌入固定盤座，上部安裝Z軸立桿，其中下部為圓柱鏤空，用于嵌入固定盤座，中間鏤空用以方便讀取角度值，兩側(cè)立桿連接旋轉(zhuǎn)支架的上下部，其上部為一平臺(tái)，用于安裝Z軸立桿。
[0011]進(jìn)一步，所述框架為鏤空結(jié)構(gòu)，由四周鐵片構(gòu)成，并在兩長軸側(cè)開有窗口，用以方便操作固定細(xì)觀可視系統(tǒng)用的固定螺栓，靠近細(xì)觀可視系統(tǒng)側(cè)邊緣有一豁口，用以放入光源線和信號(hào)線；框架在Z軸立桿上的位置由Z軸齒輪旋鈕進(jìn)行調(diào)整，同時(shí)為防止由框架和細(xì)觀可視系統(tǒng)的自重作用而產(chǎn)生Z軸齒輪在齒條上緩慢下滑現(xiàn)象，在框架和Z軸立桿重合處設(shè)置銷緊螺栓，對(duì)框架進(jìn)行固定。
[0012]進(jìn)一步，所述FIT C⑶攝像機(jī)前端布置光學(xué)顯微鏡，同軸照明光源呈環(huán)形嵌套在光學(xué)顯微鏡外側(cè)，為顯微攝像提供光源。
[0013]本實(shí)用新型的有益效果是:
[0014]1、本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)了全視角、精確三維調(diào)節(jié)尺寸地對(duì)細(xì)觀力學(xué)試驗(yàn)進(jìn)行觀測。
[0015]2、本實(shí)用新型可以實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)、全過程地進(jìn)行觀測、記錄和分析煤、巖、金屬等多種材料的細(xì)觀力學(xué)行為，對(duì)柱形和方形試件均適用，是一種多用途的細(xì)觀可視裝置。
[0016]3、本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡單、操作方便，易于掌握和使用，且制造和使用成本相對(duì)較低。
[0017]4、細(xì)觀可視系統(tǒng)部分可根據(jù)使用精度要求進(jìn)行二次開發(fā)和設(shè)計(jì)，具有性價(jià)靈活性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。[0019]其中:1一底座支撐平臺(tái)，2—X軸齒條軸，3—Y軸齒條軸，4一X軸齒輪旋鈕，5—Y軸齒輪旋鈕，6—X軸滑板,7一Y軸滑板,8一固定盤座，9一旋轉(zhuǎn)支架，10一銷緊螺栓，11一Z軸立桿，12一Z軸齒條軸，13一Z軸齒輪旋鈕，14一框架，15一銷緊螺栓，16一固定螺栓，17一FIT CCD攝像機(jī)，18—同軸照明光源，19一光學(xué)顯微鏡，20—光源線和信號(hào)線，21—計(jì)算機(jī)采集分析系統(tǒng)。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步闡述。
[0021]如圖1所示，本實(shí)用新型為一種全視角三維可調(diào)的多用途細(xì)觀可視裝置，主要包括全視角三維可調(diào)系統(tǒng)和細(xì)觀可視系統(tǒng)，并由底座支撐平臺(tái)l、x軸齒條軸2、Y軸齒條軸3、X軸齒輪旋鈕4、Y軸齒輪旋鈕5、X軸滑板6、Y軸滑板7、固定盤座8、旋轉(zhuǎn)支架9、銷緊螺栓10、Z軸立桿11、Z軸齒條軸12、Z軸齒輪旋鈕13、框架14、銷緊螺栓15、固定螺栓16、FITCCD攝像機(jī)17、同軸照明光源18、光學(xué)顯微鏡19、光源線和信號(hào)線20、計(jì)算機(jī)采集分析系統(tǒng)21組成。
[0022]其中，底座支撐平臺(tái)I有四個(gè)底座，易于人工端放于水平操作平臺(tái)上，X軸齒條軸2固定于底座支撐平臺(tái)I上，X軸滑板6在X軸齒輪旋鈕4操作下通過齒輪齒條作用可在X軸方向上進(jìn)行滑移，Y軸滑板7在Y軸齒輪旋鈕5操作下通過齒輪齒條作用可在X軸滑板6上沿Y軸滑移，X軸齒輪旋鈕4和Y軸齒輪旋鈕5嵌套配置在X軸滑板6上，用以分別調(diào)整X軸滑板6和Y軸滑板7的滑移，Y軸齒條軸3固定于Y軸滑板7上；Χ軸齒條軸2、Y軸齒條軸3上均附有長度刻值，并由X軸齒輪旋鈕4、Υ軸齒輪旋鈕5調(diào)整對(duì)應(yīng)的X軸滑板6、Y軸滑板7所在軸向的位置，通過計(jì)算調(diào)整位置前后的齒輪與齒條嚙合處讀值之差，可讀取相應(yīng)刻度值，確定在實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)、全過程觀測時(shí)細(xì)觀可視系統(tǒng)在三維軸線上滑移的距離；在Y軸滑板7中央安裝固定盤座8，固定盤座8由底部大圓柱、上部小圓柱塑材組成，且小圓柱塑材表面附有角度刻值，旋轉(zhuǎn)支架9嵌套在固定盤座8的上部小圓柱塑材上，并通過銷緊螺栓10來調(diào)整或固定細(xì)觀可視系統(tǒng)的觀測角度，同時(shí)可根據(jù)調(diào)整前后的銷緊螺栓箭頭對(duì)應(yīng)的刻度值，計(jì)算出旋轉(zhuǎn)支架9旋轉(zhuǎn)的角度值，確定對(duì)于柱體或方體試件細(xì)觀結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)演化過程在全視角觀測下的視角變化；旋轉(zhuǎn)支架9為鏤空結(jié)構(gòu)，下部為圓柱鏤空，用于嵌入固定盤座8，中間鏤空用以方便讀取角度值，兩側(cè)立桿連接旋轉(zhuǎn)支架的上下部，其上部為一平臺(tái)，用于安裝Z軸立桿11，Z軸齒條軸12固定于Z軸立桿11中間軸線上，Z軸齒輪旋鈕13可調(diào)整框架14在Z軸立桿11上的位置，為防止由框架和細(xì)觀可視系統(tǒng)的自重作用而產(chǎn)生Z軸齒輪在齒條上緩慢下滑現(xiàn)象，在框架和Z軸立桿重合處設(shè)置銷緊螺栓15以固定框架14，框架14為鏤空結(jié)構(gòu)，由四周鐵片構(gòu)成，并在兩長軸側(cè)開有窗口，用以方便操作固定細(xì)觀可視系統(tǒng)用的固定螺栓15，靠近細(xì)觀可視系統(tǒng)側(cè)邊緣有一豁口，用以放入光源線和信號(hào)線，框架14在Z軸齒輪旋鈕13操作下通過齒輪齒條作用可在Z軸立桿11上滑移，Z軸齒條軸12上附有長度刻值，通過計(jì)算Z軸齒輪旋鈕13調(diào)整位置前后的齒輪與齒條嚙合處讀值之差,可算得框架14在Z軸立桿11上滑移的距離；FIT CXD攝像機(jī)17、同軸照明光源18和光學(xué)顯微鏡19通過固定螺栓16連接在框架14的一端，其中FIT CXD攝像機(jī)17前端布置光學(xué)顯微鏡19，同軸照明光源18呈環(huán)形嵌套在光學(xué)顯微鏡19外側(cè)，為顯微攝像提供光源，從FITCXD攝像機(jī)17和同軸照明光源18分別引出的光源線和信號(hào)線20通過接口連接于計(jì)算機(jī)采集分析系統(tǒng)21，計(jì)算機(jī)采集分析系統(tǒng)21包含數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)記錄、分析、處理和顯示系統(tǒng)，其中光源線和信號(hào)線20接入的是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)再由數(shù)據(jù)線接入計(jì)算機(jī)，通過分析軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理。
[0023]在進(jìn)行細(xì)觀力學(xué)試驗(yàn)時(shí)，首先啟動(dòng)計(jì)算機(jī)和分析軟件；然后根據(jù)材料試件位置調(diào)整好底座支撐平臺(tái)I在試驗(yàn)平臺(tái)上的位置，即將X軸滑板6、y軸滑板7恢復(fù)至初始位置，旋轉(zhuǎn)支架9由銷緊螺栓10固定于固定盤座8上表面刻度O處，框架14位于Z軸立桿11中間位置，并保持與材料試件中間位置在同一水平上；接下來開啟數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)電源，調(diào)整光學(xué)顯微鏡19使能清晰觀測試件表面，并進(jìn)入預(yù)采集階段；開始細(xì)觀力學(xué)試驗(yàn)，隨著試驗(yàn)的進(jìn)行，材料試件的微裂紋萌生、發(fā)展和貫通，隨著其演化方向利用X軸齒輪旋鈕4、Y軸齒輪旋鈕5、Z軸齒輪旋鈕13對(duì)X軸、Y軸、Z軸進(jìn)行三維調(diào)整，利用銷緊螺栓10對(duì)旋轉(zhuǎn)支架9進(jìn)行視角調(diào)整，并記下相應(yīng)的刻度值，直至試驗(yàn)結(jié)束；同時(shí)，在計(jì)算機(jī)軟件操作上可對(duì)試驗(yàn)過程進(jìn)行全程視頻錄制，并可實(shí)時(shí)進(jìn)行圖像凍結(jié)捕捉，通過分析軟件可對(duì)細(xì)觀結(jié)構(gòu)信息進(jìn)行提取、測量、分析和處理。
【權(quán)利要求】
1.一種全視角三維可調(diào)的多用途細(xì)觀可視裝置，其特征在于，該裝置包括全視角三維可調(diào)系統(tǒng)和細(xì)觀可視系統(tǒng)，其中，全視角三維可調(diào)系統(tǒng)包括底座支撐平臺(tái)(I)、X軸齒條軸(2 )、Y軸齒條軸(3 )、X軸齒輪旋鈕(4)、Y軸齒輪旋鈕(5 )、X軸滑板(6 )、Y軸滑板(7 )、固定盤座(8 )、旋轉(zhuǎn)支架(9 )、銷緊螺栓(10 )、Z軸立桿(11)、Z軸齒條軸(12 )、Z軸齒輪旋鈕(13 )、框架(14)、銷緊螺栓(15);細(xì)觀可視系統(tǒng)包括FIT CXD攝像機(jī)(17)、同軸照明光源(18)、光學(xué)顯微鏡(19)、固定螺栓(16)、光源線和信號(hào)線(20);所述X軸齒條軸(2)固定于底座支撐平臺(tái)(I)上，X軸滑板(6)通過齒輪齒條作用可在X軸方向上滑移；所述Y軸滑板(7)通過齒輪齒條作用可在X軸滑板(6)上沿Y軸滑移，Y軸齒條軸(3)固定于Y軸滑板(7)上；在所述Y軸滑板(7 )中央安裝固定盤座(8 )，旋轉(zhuǎn)支架(9 )嵌套在固定盤座(8 )上，在旋轉(zhuǎn)支架(9)上部平臺(tái)上安裝Z軸立桿(11)，Z軸齒條軸(12)固定于Z軸立桿(11)中間軸線上，框架(14)通過齒輪齒條作用可在Z軸立桿(11)上滑移；所述細(xì)觀可視系統(tǒng)中的FIT CXD攝像機(jī)(17)、同軸照明光源(18)和光學(xué)顯微鏡(19)通過固定螺栓(16)連接在框架(14)的一端；所述FIT CXD攝像機(jī)(17)和同軸照明光源(18)分別引出的光源線和信號(hào)線(20)有連接于計(jì)算機(jī)的接口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全視角三維可調(diào)的多用途細(xì)觀可視裝置，其特征在于，所述X軸齒條軸(2 )、Y軸齒條軸(3 )、Z軸齒條軸(12 )上均附有長度刻值，并由X軸齒輪旋鈕(4)對(duì)應(yīng)調(diào)整X軸滑板(6)在X軸方向上的位置、Y軸齒輪旋鈕(5)對(duì)應(yīng)調(diào)整Y軸滑板(7)在Y軸方向上的位置、Z軸齒輪旋鈕(13)對(duì)應(yīng)調(diào)整框架(14)在Z軸立桿(11)上的位置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的全視角三維可調(diào)的多用途細(xì)觀可視裝置，其特征在于，所述X軸齒輪旋鈕(4)和Y軸齒輪旋鈕(5)嵌套配置在X軸滑板(6)上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全視角三維可調(diào)的多用途細(xì)觀可視裝置，其特征在于，所述固定盤座(8)由底部大圓柱、上部小圓柱塑材組成，且小圓柱塑材表面附有角度刻值；所述旋轉(zhuǎn)支架(9)嵌套在上部小圓柱塑材上，并通過銷緊螺栓(10)來調(diào)整或固定細(xì)觀可視系統(tǒng)的觀測角度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的全視角三維可調(diào)的多用途細(xì)觀可視裝置，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)支架(9)為鏤空結(jié)構(gòu)，下部嵌入固定盤座(8)，上部安裝Z軸立桿(11)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全視角三維可調(diào)的多用途細(xì)觀可視裝置，其特征在于，所述框架(14)為鏤空結(jié)構(gòu)，由四周鐵片構(gòu)成，并在兩長軸側(cè)開有窗口，靠近細(xì)觀可視系統(tǒng)側(cè)邊緣有一豁口 ；所述銷緊螺栓(15)用于固定框架(14)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全視角三維可調(diào)的多用途細(xì)觀可視裝置，其特征在于，所述FIT CXD攝像機(jī)(17)前端布置光學(xué)顯微鏡(19)，同軸照明光源(18)嵌套在光學(xué)顯微鏡(19)外側(cè)。
【文檔編號(hào)】G01N3/06GK203519422SQ201320574863
【公開日】2014年4月2日 申請(qǐng)日期:2013年9月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月16日
【發(fā)明者】李重情 申請(qǐng)人:安徽理工大學(xué)