一种柔性电子抗拉伸与抗挠曲性能测试装置的制作方法

本实用新型属于柔性电子测试相关技术领域，更具体地，涉及一种柔性电子抗拉伸与抗挠曲性能测试装置。

背景技术：

疲劳是柔性电子材料在低于其抗弯强度极限的交变应力作用下，发生突发断裂的失效的形式，其与静力破坏有着本质区别，相关研究表明，约有50％-90％的零件破坏和疲劳裂纹的产生和发展是分不开。以柔性印刷电路板为典型代表的柔性电子由于具备动态的弯曲、扭转、折叠等特点，目前在多个领域获得了广泛的应用，其使用过程就是一个拉压卷曲再恢复的过程，故其受到交变应力应变作用的概率和作用时间远大于受恒定载荷作用的概率和时间，因此它使用中的主要失效形式为挠曲疲劳失效或者说挠曲疲劳破坏，相应地，在其生产制造及使用过程中，通常需要对这些关键性能指标进行测试。

所谓柔性电子疲劳可靠性试验，主要是通过重复卷曲、弯折以及折叠等形式，观察记录试样在循环应力下产生裂纹和电路层剥离以及发生疲劳断裂等现象，并以此计算评估柔性电子的疲劳可靠性指标，判定材料的疲劳性能，并为设计者、生产厂商等提供可信性有效数据。目前已存在的挠性电路板弯曲性能的测定方法是基于IPC法和MIT法等设计的，其中MIT法主要测试柔性电子的耐弯折性，IPC法主要测试柔性电子的耐挠曲性，并且这类耐挠曲性测试装置和测试方法对柔性电子的弯曲形态基本即为C型。

例如，CN200410053598.7公开了一种用于柔性电子的抗挠曲性能测量装置，该装置将柔性薄膜的上端固定于力传感器，下端固定在旋转盘圆心，通过旋转转盘实现柔性电子的定点C型抗挠曲测试。然而，进一步的研究表明，虽然该装置能完成柔性电子在定负荷和定伸长下的定点抗挠曲和松弛蠕变性能的测量，但是只能进行简单的C型测试，却无法满足如S型、G型等复杂曲面的抗挠曲性能测试，并且其测试环境温度不可调。相应地，本领域亟需对此提出更为完善的解决方案，以便符合柔性电子的更高质量和测试要求。

技术实现要素：

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本实用新型提供了一种柔性电子抗拉伸与抗挠曲性能测试装置，其中通过对该测试装置的整体构造组成及布局进行重新设计，相应能够以高效率、高精度对单个柔性电子进行包括抗拉伸测试，以及C型、S型和G型等多种复杂曲面抗挠曲在内的关键性能测试工艺，由此不仅能够更全面、定量反映柔性电子的挠曲寿命和抗拉伸性能，而且还具备操作便利可靠、适应性强和集成化程度高等优点。

为实现上述目的，按照本实用新型，提供了一种柔性电子抗拉伸与抗挠曲性能测试装置，该装置包括底板、以及设置在该底板上表面同一平面内的第一固定芯轴单元、第二固定芯轴单元、第一弯曲芯轴单元和第二弯曲芯轴单元，其中所述第一固定芯轴单元、第二固定芯轴单元的结构相同，它们保持相对置地位于所述底板的左右侧部且将作为测试对象的柔性电子的两端予以固定，并可彼此独立地执行沿着X轴方向的相对运动；所述第一弯曲芯轴单元、第二弯曲芯轴单元的结构相同，它们位于所述底板的中部且各自均可彼此独立地执行沿着X轴方向和Y轴方向的相对运动，并用于带动柔性电子的中段部位分别予以弯曲。

作为进一步优选地，对于所述第一固定芯轴单元或第二固定芯轴单元而言，其优选包括固定芯轴底座、X向驱动件、固定芯轴件和张力传感器，其中该芯轴件竖直固定于所述固定芯轴底座上，并连同此固定芯轴底座一同由所述X向驱动件执行沿着X轴方向的相对运动；该张力传感器安装在所述固定芯轴件的内部，并用于对柔性电子在运动过程中的张力数据执行实时检测。

作为进一步优选地，对于所述第一弯曲芯轴单元或第二弯曲芯轴单元而言，其优选包括弯曲芯轴底座、X向驱动器、Y向驱动器、弯曲芯轴件、柔性压力传感器、CCD相机和CCD相机驱动件，其中该弯曲芯轴件竖直固定于所述弯曲芯轴底座上，并连同此弯曲芯轴底座一同由所述X向驱动器和/或Y向驱动器执行沿着X轴和/或Y轴方向的相对运动；该柔性压力传感器沿其周向安装在所述弯曲芯轴件的表面，并用于对柔性电子在运动过程中的所受压力数据执行实时检测；此外，该CCD相机驱动件固定在所述弯曲芯轴底座上，并驱动所述CCD相机沿着与所述弯曲芯轴件轴向相平行的方向运动，进而获得柔性电子整个测试过程中的损伤状态图像。

作为进一步优选地，所述第一固定芯轴单元或第二固定芯轴单元的固定芯轴件，以及所述第一弯曲芯轴单元或第二弯曲芯轴单元的弯曲芯轴件均可独立替换为不同直径的规格，由此实现柔性电子不同弯曲半径的抗挠曲测试。

作为进一步优选地，所述第一固定芯轴单元、第二固定芯轴单元、第一弯曲芯轴单元和第二弯曲芯轴单元的运动速度和运动行程优选可自由调节，由此实现柔性电子弯曲角度和弯曲速度的控制。

作为进一步优选地，所述柔性电子优选为柔性印刷电路板。

总体而言，按照本实用新型所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：

1、通过对整个测试装置的组成结构及其布局设置重新进行设计，可以仅依靠控制四个芯轴单元的相互协调配合运动，就可以实现对柔性电子执行包括C型、S型、G型等复杂曲面测试模式的抗挠曲测试和抗拉伸测试，同时通过组合芯轴单元还可实现其他复杂曲面的抗挠曲测试；相应不仅有效克服了现有设备仅能实现C型测试的局限性，而且整体构造及测试过程更能客观反应柔性电子实际使用中的复杂挠曲过程，测试数据更全面、可靠；

2、在方便地执行各类复杂曲面抗挠曲测试过程的同时，还能通过改变芯轴半径，调整芯轴行程和运动速度等操作，相应实现不同弯曲半径、弯曲速度和弯曲角度等各类抗挠曲测试，同时，系统弯曲次数、测试环境温度等参数均可根据需求进行设置，系统适应范围很广，并显著提高了测试工艺的效率和精度；此外，本系统不仅能进行多种模式的挠曲测试，还可实现抗拉伸测试，测试柔性电子的弹性模量、拉伸强度、伸长率等性能参数，更多方面反应柔性电子的性能参数，集成化程度高；

3、柔性电子在进行抗挠曲测试过程中，柔性电子张力值和压力值可根据用户设置输入，且通过张力传感器和柔性压力传感器实时测量反馈实现闭环控制，保证抗挠曲测试过程中张力值和弯曲压力值恒定，整个测试过程定量测试，保证了测试的准确性和合理性，数据准确有效。

附图说明

图1是按照本发明的整体测试装置的结构轴测图；

图2是按照本发明的整体测试装置的结构俯视图；

图3示范性显示了运用上述测试装置的整个柔性电子抗拉伸与抗挠曲测试体系的组成框图；

图4是按照本实用新型一个优选实施例的弯曲芯轴单元的组成结构示意图；

图5是按照本实用新型另一优选实施例的固定芯轴单元的组成结构示意图；

图6是示范性显示按照本实用新型的C型柔性循环测试变形过程的示意图；

图7是示范性显示按照本实用新型的S型柔性循环测试变形过程的示意图；

图8是示范性显示按照本实用新型的G型柔性循环测试变形过程的示意图；

图9是示范性显示按照本实用新型的抗拉伸测试过程的示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

图1、图2分别是按照本实用新型所构建的测试装置的轴测图和俯视图，图3还示范性显示了包括该测试装置在内的整体测试体系的组成示意框图。如图1至图3所述，该测试体系1的测试装置2整体布置在一个恒温密闭环境的内部，并包括底板25、以及设置在该底板25上表面同一平面内的第一固定芯轴单元24、第二固定芯轴单元23、第一弯曲芯轴单元22和第二弯曲芯轴单元21，其中第一固定芯轴单元、第二固定芯轴单元的结构相同，它们位于底板25的左右侧部且将作为测试对象的柔性电子的两端予以固定，并可彼此独立地执行沿着X轴方向的相对运动；第一弯曲芯轴单元、第二弯曲芯轴单元的结构相同，它们位于底板25的中部且各自均可彼此独立地执行沿着X轴方向和Y轴方向的相对运动，并用于带动柔性电子的中段部位分别予以弯曲。此外，所述第一固定芯轴单元24、第二固定芯轴单元2两者单独配合使用对柔性电子执行拉伸。

更具体地，测试装置2被设置处于可密闭的环境中，该环境中可设有升温降温部件414和温度传感器417。在进行测试的过程中，通过温度控制模块42控制处于密闭环境中的测试装置2的环境温度，实现恒定温度下的测试。

如图2中示范性所示，测试装置2可包括第一弯曲芯轴单元22、第二弯曲芯轴单元21、第一固定芯轴单元24、第二固定芯轴单元23、以及底板25等。其中，第一固定芯轴单元4和第二固定芯轴单元23譬如安装在底板25的左右两端，可实现对柔性电子26的固定和张力测定；第一弯曲芯轴单元22和第二弯曲单元譬如21安装在底板25的中部部位，可实现对柔性电子26的弯曲、压力测定和损伤监测。换而言之，具体如图3所示，第一固定芯轴单元24和第二固定芯轴单元23具有X轴方向的驱动，可以实现沿着X轴方向的运动；第一弯曲芯轴单元22和第二弯曲芯轴单元21各自具有X轴和Y轴方向的驱动，可以实现平面内的运动。四个单元可以自由运动，相应实现一定尺寸范围的柔性电子的抗挠曲测试；以此方式，通过控制四个芯轴单元的运动速度和运动行程，可实现对柔性电子26弯曲角度和弯曲速度的控制；通过控制四个单元配合往复运动，实现对柔性电子的C型、S型和G型等测试模式的抗挠曲测试，并通过控制两个固定芯轴相对运动实现对柔性电子的抗拉伸性能测试。

按照本实用新型的一个优选实施例，具体如图4所示，以第一弯曲芯轴单元为例，所述弯曲芯轴单元的具体结构优选被设计为包括弯曲芯轴件221、柔性压力传感器222、弯曲芯轴底座223、X向驱动器224、CCD相机驱动件225、Y向驱动件226、CCD相机227等。其中，弯曲芯轴件221竖直固定在弯曲芯轴底座223上，并在弯曲芯轴件一221的周向贴有柔性压力传感器222，该压力传感器222用于测量柔性电子在测试过程中受到的压力；弯曲芯轴件221优选可更换直径尺寸不同的芯轴，以实现柔性电子不同弯曲半径的抗挠曲测试。此外，CCD相机驱动件225固定在弯曲芯轴底座223上，其可驱动CCD相机227优选沿与芯轴轴向平行的方向运动，实现对柔性电子测试过程中状态的监测。X向驱动器224和Y向驱动器226可安装在弯曲芯轴底座25上，可驱动弯曲芯轴件221在弯曲芯轴底座25上实现平面运动，驱动速度和运动行程可调，压力值可设置输入，以实现对柔性电子弯曲速度、弯曲角度和弯曲压力值的控制。

按照本实用新型的另一优选实施例，具体如图5所示，以第一固定芯轴单元24为例，所述固定芯轴单元的具体组成结构优选被设计为包括张力传感器241、固定芯轴件242、固定芯轴底座243、X向驱动件244等。其中固定芯轴件242譬如竖直固定在固定芯轴底座243上，张力传感器241可安装在固定芯轴件242的内部，用于测量柔性电子的张力，并在抗挠曲测试过程中保证柔性电子张力恒定，在抗拉伸测试过程中测量柔性电子的拉力值。X向驱动件244可安装在固定芯轴底座上，相应驱动固定芯轴件242沿X轴方向运动，以实现对一定尺寸范围内柔性电子的抗挠曲测试和抗拉伸性能测试，驱动速度和运动行程可调，拉伸张力值可设置输入，以实现对柔性电子26弯曲速度、弯曲角度和张力值的控制。

除了按照本实用新型的上述测试装置之外，在实际使用时，整个测试体系优选还可配置有数据采集模块3、控制模块4等，由此实现更高效率的自动化操作。

具体而言，所述数据采集模块3譬如可包括图像采集器31、AD转换器32等；控制模块4譬如可包括运动调节单元41、温度控制单元42等，其中运动调节单元41具体又可以包括人机接口411、计数器412、运动控制器413等，温度控制单元42具体可包括升温降温部件414、人机接口415、温度控制器416和温度传感器417等。相应地，数据采集模块用于对所述第一固定芯轴单元24、第二固定芯轴单元23、第一弯曲芯轴单元22和第二弯曲芯轴单元21各自所获得的测试数据予以采集，并经AD转换后传输给所述控制模块形成闭环控制；而所述控制模块则相应来实现对温度及运动过程的相应调控。

下面将参照图6至图9来具体说明上述测试装置对单个柔性电子进行抗拉伸测试和C型、S型和G型等复杂曲面抗挠曲测试的过程。

如图6所示，上述系统适用于执行柔性电子C型曲面的抗挠曲测试，此时仅采用三个芯轴单元也即所述第一固定芯轴单元、第二固定芯轴单元以及所述第一、第二弯曲芯轴单元中的一个，其具体处理过程如下：首先，将所选的三个芯轴单元运动到同一直线上，并使得弯曲芯轴单元处于柔性电子的中心一侧；接着，驱动所述弯曲芯轴单元沿Y轴方向运动，两个固定芯轴则沿着X轴方向相向配合运动，由此实现C型弯曲。

如图7中所示，上述系统优选还适用于执行柔性电子S型曲面的抗挠曲测试，此时采用四个芯轴单元也即所述第一固定芯轴单元、第二固定芯轴单元以及所述第一弯曲芯轴单元、第二弯曲芯轴单元，其具体处理过程如下：首先，将四个芯轴单元运动到同一直线上，并使得两个弯曲芯轴单元分居柔性电子的两侧；接着，驱动两个弯曲芯轴单元沿Y轴方向相向运动，而两个固定芯轴单元则沿着X轴方向相向配合运动，由此实现S型弯曲。

如图8中所示，上述系统优选还适用于执行柔性电子G型曲面的抗挠曲测试，此时采用四个芯轴单元也即所述第一固定芯轴单元、第二固定芯轴单元以及所述第一弯曲芯轴单元、第二弯曲芯轴单元，其具体处理过程如下：首先，将四个芯轴单元运动到同一直线上，并使得两个弯曲芯轴模单元分居柔性电子的同侧；接着，驱动两个弯曲芯轴单元沿Y轴方向同向运动，而两个固定芯轴单元沿着X轴方向相向配合运动；最后，当第一弯曲芯轴单元到达指定位置后，第一固定芯轴单元和第一弯曲芯轴单元保持固定不动，而第二弯曲芯轴单元沿Y轴方向反向运动，同时第二固定芯轴单元继续沿原方向运动，直到实现G型弯曲。

如图9中所示，上述系统优选还适用于执行柔性电子抗拉伸性能测试，此时采用三个芯轴单元也即所述第一固定芯轴单元、第二固定芯轴单元以及所述第一弯曲芯轴单元、第二弯曲芯轴单元中的一个，其具体处理过程如下：首先，将柔性电子两端分别安装在两个固定芯轴单元上；然后，驱动这两个固定芯轴单元沿X轴方向的相对运动实现对柔性电子的加载，并通过张力传感器实时测试柔性电子的张力值，同时通过安装在所述弯曲芯轴单元上的CCD相机实时监测柔性电子的损伤状态图像。

综上，按照本实用新型的测试装置可以仅依靠控制四个芯轴单元的相互协调配合运动，就能高精度、高效率地实现对柔性电子执行包括C型、S型、G型等复杂曲面测试模式的抗挠曲测试和抗拉伸测试，同时通过组合芯轴单元还可实现其他复杂曲面的抗挠曲测试；相应不仅有效克服了现有设备仅能实现C型测试的局限性，而且整体构造及测试过程更能客观反应柔性电子实际使用中的复杂挠曲过程，测试数据更全面、可靠，因而尤其适用于柔性印刷电路板之类元件的性能测试应用场合。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。