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申请/专利权人：清华大学深圳国际研究生院

摘要：本发明提供了一种用于扫描电子显微镜原位观测的直角切削实验平台及应用，该平台包括定位模块、切削模块和控制模块。定位模块利用基于压电陶瓷驱动的超声导轨实现刀具在XY轴方向上的纳米级高精度定位，同时采用微型作动器抑制振动，光栅尺确保定位准确性。切削模块通过真空伺服导轨和电机控制工件的切削速度，同样配备光栅尺以保证精确控制。控制模块协调各模块动作，实现联动控制。该平台突破了光学显微镜尺度限制，提供高放大倍数、分辨率和深感度，能够直接测量剪切角、切宽、摩擦角和未变形切屑厚度等关键机理参数，快速准确推导切削力、推力和温度，为新材料超精密工艺研发提供科学实验支持。

主权项：1.一种用于扫描电子显微镜原位观测的直角切削实验平台，其特征在于，包括：定位模块，用于实现刀具在XY轴方向上的纳米级高精度定位，包括：i.超声导轨，沿XY轴方向布置，用于移动安装刀具的刀架；ii.压电陶瓷，用于实现XY轴方向上的振动驱动；iii.微型作动器，用于抑制压电致动过程中的多余振动以提高定位精度；iv.光栅尺，用于测量刀具位移以确保定位准确性；切削模块，用于控制工件的切削速度，包括：i.真空伺服导轨，沿Y轴方向布置，用于移动工件；ii.真空伺服电机，用于驱动工件在Y轴方向上的移动；iii.光栅尺，用于测量工件位移以确保切削过程的精确控制；控制模块，用于实现所述定位模块和所述切削模块的联动控制，协调刀具和工件的相对位置和运动；所述定位模块提供直角切削实验中切深与进给这两个变量的控制；所述切削模块提供直角切削实验中切削速度这一变量的控制；所述控制模块进行两个定位轴和一个切削轴的联动控制，可实现SEM狭窄腔室内的微纳尺度加载，从而实现对刀和直角切削运动；所述控制模块通过如下PID控制策略控制所述定位模块的压电驱动根据期望的位移轨迹设定误差动态： ；其中，是时间，是控制误差，是期望位移，是压电系数，表示沿电场方向的形变与电场强度的比例因子，是输入的锯齿波电压，表示测量噪声；，其中是锯齿波的峰值电压，是周期，表示向下取整；应用PID控制策略调整输入电压以最小化误差： ；其中，是控制器输出的电压，用于实现基本的位移控制，,,分别是PID控制器的比例、积分、微分系数。

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