一种微扭拉一体化的力学性能测试的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种微扭拉一体化的力学性能测试机，其特征在于：其包括机架、力传感器、微扭矩传感器、扭丝转角测量组件、上夹头、下夹头、扭转伺服电机、拉拔伺服电机、三维平移台、丝杠螺母组件、伺服控制器、A/D采集卡以及计算机系统；所述微扭矩传感器由扭丝、支架、矩形框、上扭丝固定块以及下扭丝固定块组成，所述扭丝张紧固定在支架上，两端分别用上扭丝固定块和下扭丝固定块压紧，所述矩形框悬挂固定于扭丝的中部；所述扭转伺服电机设于三维平移台上，并与下夹头相连接；所述拉拔伺服电机设于三维平移台上，并与丝杠螺母组件相连接。集微扭拉测量于一体，实现材料的高效率、高精度测量。
【专利说明】一种微扭拉一体化的力学性能测试机
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及力学测量装置，特别涉及一种微扭拉一体化的力学性能测试机。【背景技术】
[0002]微电子机械系统是集传感、信息处理和执行于一体的集成微系统，已广泛应用于速度传感器、惯性、压力传感器、微型喷气发动机、大规模数据存储系统和微型的生物化学分析设备等，应用领域还在不断扩大。目前，各类材料都需要进行一定的力学检验测量，特别是一些微米甚至更细级的材料，如金属薄膜、纤维等。然而，现在的一些扭拉测量设备，难以适应如此细小的材料测量。另外，目前的一些力学测量仪器，还不能做到一体化，必须分开测量。
实用新型内容
[0003]针对上述不足，本实用新型的目的在于，提供一种结构巧妙并且性能优越的微扭拉一体化的力学性能测试机。
[0004]本实用新型为实现上述目的所采用的技术方案是:
[0005]一种微扭拉一体化的力学性能测试机，其特征在于:其包括机架、力传感器、微扭矩传感器、扭丝转角测量组件、上夹头、下夹头、扭转伺服电机、拉拔伺服电机、三维平移台、丝杠螺母组件、伺服控制器、A/D采集卡以及计算机系统；所述微扭矩传感器由扭丝、支架、矩形框、上扭丝固定块以及下扭丝固定块组成，所述扭丝张紧固定在支架上，两端分别用上扭丝固定块和下扭丝固定块压紧，所述矩形框悬挂固定于扭丝的中部；所述扭转伺服电机设于三维平移台上，并与下夹头相连接；所述拉拔伺服电机设于三维平移台上，并与丝杠螺母组件相连接。
[0006]所述力传感器中包含有一拉拔传感器。通过拉拔传感器与拉拔伺服电机的配合，可以轻易测出拉拔力度与拉拔长度，从而得出各种拉拔相关参数。
[0007]所述为扭矩传感器的支架通过力传感器悬挂固定在机架的上端，上夹头采用扣件的方式连接在矩形框的下端，下夹头安装在扭转伺服电机的主轴上，上夹头与下夹头用于夹持试样，扭转伺服电机安装在三维平移台上，三维平移台安装在丝杠螺母组件上，丝杠螺母组件固定在机架的底部。
[0008]所述伺服控制器分别与扭转伺服电机、拉拔伺服电机相连接。A/D采集卡用于对扭丝转角和轴向拉力的数据采集，伺服控制器和A/D采集卡均与计算机系统相连接。
[0009]所述扭丝转角测量组件由一维平移台、光电位移传感器以及光靶组成，所述一维平移台设于机架的侧面支板上，所述光电位移传感器安装在一维平移台上，所述光靶固定在矩形框和扭丝的连接处，并和扭丝保持在同一平面；并且，所述光靶对着光电位移传感器的出光口，光电位移传感器的发射光束打在光靶上。
[0010]本实用新型的优点在于:通过力传感器、微扭矩传感器、扭丝转角测量组件、扭转伺服电机、拉拔伺服电机、三维平移台、丝杠螺母组件、伺服控制器、A/D采集卡以及计算机系统的相互配合,集微扭拉测量于一体,实现材料的高效率、高精度测量。
[0011]下面结合附图与【具体实施方式】，对本实用新型进一步说明。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1为本实施例的结构示意图；
[0013]图2为扭丝转角测量组件示意图；
[0014]图3为铜丝(38 μ m)的扭矩一转角曲线图；
[0015]图中:1.机架；2.三维移动台；3.丝杠螺母组件；4.扭转伺服电机；
[0016]5.下夹头；6.试样；7.上夹头；8.支架；9.下扭丝固定块；
[0017]10.矩形框；11.一维平移台；12.光电位移传感器；13.光靶；
[0018]14.扭丝；15.上扭丝固定块；16.力传感器；17.伺服控制器；
[0019]18.A/D采集卡；19.计算机系统；20.拉拔伺服电机；21.拉拔传感器；
[0020]A.激光束；B.光靶初始位置；B'.光靶当前位置；C.光点。
【具体实施方式】
[0021]参见图1，本实施例提供的一种微扭拉一体化的力学性能测试机，其包括机架1、力传感器16、微扭矩传感器、扭丝转角测量组件、上夹头7、下夹头5、扭转伺服电机4、拉拔伺服电机20、三维平移台2、丝杠螺母组件3、伺服控制器17、A/D采集卡18以及计算机系统19 ;所述微扭矩传感器由扭丝14、支架8、矩形框10、上扭丝固定块15以及下扭丝固定块9组成，所述扭丝14张紧固定在支架8上，两端分别用上扭丝固定块15和下扭丝固定块9压紧，所述矩形框10悬挂固定于扭丝14的中部；所述扭转伺服电机4设于三维平移台2上，并与下夹头5相连接；所述拉拔伺服电机20设于三维平移台2上，并与丝杠螺母组件3相连接。
[0022]所述力传感器16中包含有一拉拔传感器21。通过拉拔传感器21与拉拔伺服电机20的配合，可以轻易测出拉拔力度与拉拔长度，从而得出各种拉拔相关参数。
[0023]所述为扭矩传感器的支架8通过力传感器16悬挂固定在机架I的上端，上夹头7采用扣件的方式连接在矩形框10的下端，下夹头5安装在扭转伺服电机4的主轴上，上夹头7与下夹头5用于夹持试样6，扭转伺服电机4安装在三维平移台2上，三维平移台2安装在丝杠螺母组件3上，丝杠螺母组件3固定在机架I的底部。
[0024]所述伺服控制器17分别与扭转伺服电机4、拉拔伺服电机20相连接。A/D采集卡18用于对扭丝转角和轴向拉力的数据采集，伺服控制器17和A/D采集卡18均与计算机系统19相连接。
[0025]所述扭丝转角测量组件由一维平移台11、光电位移传感器12以及光靶13组成，所述一维平移台11设于机架I的侧面支板上，所述光电位移传感器12安装在一维平移台11上，所述光靶13固定在矩形框10和扭丝14的连接处，并和扭丝14保持在同一平面；并且，所述光靶13对着光电位移传感器12的出光口，光电位移传感器12的发射光束A打在光靶13上。
[0026]所述的微扭矩传感器，其弹性元件扭丝14两端张紧固定在支架8上，大大提高了系统的刚度，作用在试样6上的扭矩通过上夹头7和矩形框10直接传递给扭丝14，无摩擦阻力矩干扰，测试结构稳定、精确。所述的扭丝转角测量组件，在于采用光学非接触的方法测量扭丝的转角，结构简单，分辨率高，其中靶面13上光点C和扭丝14之间的距离通过调节一维平移台11获得。所述的上下夹头7、5，在于采用四头索咀式圆柱形夹头，对中性好，其中上夹头7与矩形框10采用扣件式连接，试样装夹方便。所述伺服控制器17用于对扭转伺服电机、拉拔伺服电机的运功控制。A/D采集卡用于对扭丝14转角和轴向拉力的数据采集。计算机系统19用于完成测试系统的参数设置，数据分析与处理，以及扭矩一转角，拉力一身子等曲线的实时显示。
[0027]扭矩一转角测试的步骤:
[0028]( I)按照测量要求，截取一定长度无损伤的材料试样,用软基材料衬垫粘贴试样的两端，完成试样6的制作。用镊子将试样夹持于上夹头7和下夹头5之间，并使之处于松弛状态。然后，调节三维平移台2的X、Y方向，使上、下夹持点和扭丝14保持在同一轴线。
[0029](2)对试样6进行扭转加载，当试样6扭转一定角度时，试样6中的扭矩Τ，通过上夹头7传递给为扭矩传感器，在T的作用下微扭矩传感器的平衡位置将发生偏转，此时，作为扭转弹性元件的扭丝14将提供一反力矩Tw，使得系统重新达到平衡。用扭丝转角测量组件检测出扭丝14相应的转角Θ，根据力矩平衡得出试样的扭矩:
[0030]T=Tw=K Θ
[0031]式中，K为扭丝14的扭转弹性系数，Θ为扭丝14的扭转角。由于矩形框10把扭丝14分成Ip I2两段，根据材料力学知识有
【权利要求】
1.一种微扭拉一体化的力学性能测试机，其特征在于:其包括机架、力传感器、微扭矩传感器、扭丝转角测量组件、上夹头、下夹头、扭转伺服电机、拉拔伺服电机、三维平移台、丝杠螺母组件、伺服控制器、A/D采集卡以及计算机系统；所述微扭矩传感器由扭丝、支架、矩形框、上扭丝固定块以及下扭丝固定块组成，所述扭丝张紧固定在支架上，两端分别用上扭丝固定块和下扭丝固定块压紧，所述矩形框悬挂固定于扭丝的中部；所述扭转伺服电机设于三维平移台上，并与下夹头相连接；所述拉拔伺服电机设于三维平移台上，并与丝杠螺母组件相连接。
2.根据权利要求1所述的微扭拉一体化的力学性能测试机,其特征在于:所述力传感器中包含有一拉拔传感器。
3.根据权利要求1所述的微扭拉一体化的力学性能测试机，其特征在于:所述伺服控制器分别与扭转伺服电机、拉拔伺服电机相连接。
4.根据权利要求1所述的微扭拉一体化的力学性能测试机，其特征在于:所述扭丝转角测量组件由一维平移台、光电位移传感器以及光靶组成，所述一维平移台设于机架的侧面支板上，所述光电位移传感器安装在一维平移台上，所述光靶固定在矩形框和扭丝的连接处，并和扭丝保持在同一平面；并且，所述光靶对着光电位移传感器的出光口，光电位移传感器的发射光束打在光靶上。
5.根据权利要求1所述的微扭拉一体化的力学性能测试机，其特征在于:丝杠螺母组件上设有一位移测量反馈装置。
【文档编号】G01N19/00GK203432894SQ201320189683
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2013年4月15日 优先权日:2013年4月15日
【发明者】熊长炜 申请人:东莞职业技术学院