高精度仪器化压入仪系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及高精度仪器领域，具体涉及一种高精度仪器化压入仪系统。
【背景技术】
[0002]随着表面改性材料、薄膜/涂层材料、复合材料、纳米材料等领域的快速发展，仪器化压人技术以其在表面材料科学与工程研究领域中的独特作用而越来越多地受到人们的重视。该技术通过连续同步测试和记录特定几何形状的金刚石压头压人及撤离试样过程的载荷与位移关系，提供比传统硬度试验丰富得多的能反映被测试材料力学性能的宝贵信息。通过构建精细的力学模型并借助大型有限元数值分析软件，材料的诸多基本力学性能参数如杨氏模量、屈服强度、硬化指数、断裂韧性等均可能被识别。
[0003]目前国内的仪器化压入仪从压入唯一测量原理来讲均属机架参照型压入仪，该压入仪的压头位移测不准问题依然是该类仪器硬件设计需要解决的问题。
【发明内容】
[0004]为了解决上述仪器化压入仪压头测量精准的问题，本发明设计了一种高精度仪器化压入仪测量系统。
[0005]本发明是通过以下技术方案来实现:
高精度仪器化压入仪系统，其特征在于:包括驱动装置与载荷测量系统、位移测量系统、计算机控制系统、数据自动处理系统、压头组件以及机架；所述的机架上设有驱动装置，该驱动装置通过计算机控制系统连接有数据自动处理系统；所述驱动装置连接有载荷测量系统，该载荷测量系统通过位移测量系统与压头组件相连接。
[0006]上述压头组件包括压杆、金刚石压头、位移传感器夹持装置及深度测量随动盘。
[0007]上述位移传感器夹持装置上固定设有深度测量随动盘，该深度测量随动盘中间设有压杆；压杆在远离位移测量系统的一端设有金刚石压头。
[0008]上述驱动装置采用型号为LAS95— 025— 8的音圈直线电机。
[0009]上述载荷测量系统上设有载荷传感器，该载荷传感器采用WMC微型应变式载荷传感器。
[0010]上述位移测量系统上设有位移传感器，该位移传感器采用型号为CS05的探头式电容位移传感器
本发明有益的技术效果:
本发明包括驱动装置与载荷测量系统、位移测量系统、计算机控制系统、数据自动处理系统、压头组件以及机架；所述的机架上设有驱动装置，该驱动装置通过计算机控制系统连接有数据自动处理系统；所述驱动装置连接有载荷测量系统，该载荷测量系统通过位移测量系统与压头组件相连接。其中驱动装置和载荷测量系统采取分离式的设计方案目的在于精确测量作用于压头上的试验载荷，同时避免由于驱动与载荷测量采用一体化设计所带来的载荷基础数据测量的热漂移问题。本发明可以从根本上解决目前试样参照型压人仪因试样表面在压人过程中发生小角度倾斜所导致的对压头压入试样深度的位移测不准问题。
【具体实施方式】
[0011]高精度仪器化压入仪系统，其特征在于:包括驱动装置与载荷测量系统、位移测量系统、计算机控制系统、数据自动处理系统、压头组件以及机架；所述的机架上设有驱动装置，该驱动装置通过计算机控制系统连接有数据自动处理系统；所述驱动装置连接有载荷测量系统，该载荷测量系统通过位移测量系统与压头组件相连接；所述压头组件包括压杆、金刚石压头、位移传感器夹持装置及深度测量随动盘；该位移传感器夹持装置上固定设有深度测量随动盘，该深度测量随动盘中间设有压杆；压杆在远离位移测量系统的一端设有金刚石压头。
[0012]具体地说，高精度仪器化压入仪系统主要由驱动装置与载荷测量系统、位移测量系统、计算机控制系统、数据自动处理系统、压头组件以及机架部件组成。其中，驱动装置采用美国SMAC公司生产的型号为LAS95q)25 — 8的音圈直线电机(最大推力为162 N，持续力为65 N，最大行程为25 mnqt)驱动压头对试样表面沿铅垂方向实施加载、保载及卸载操作；载荷测量系统与位移测量系统用于实时测量作用于压头上的载荷和压头压入被测试样的压入深度。载荷传感器采用美国Interface公司的WMC微型应变式载荷传感器(量程为251 bf(lll.13 N)，线性度为0.15% )，位移传感器采用德国Micro — Epsilon公司的capaNCDT6500系列、型号为CS05的探头式电容位移传感器(量程为500 Izm，线性度为±0 05%，位移分辨力为O 375 nm，温度稳定性为±10X10 “ / °C );计算机控制系统可根据测试要求和载荷与位移测量系统反馈的测量信号，控制驱动装置完成不同模式(恒载荷速率、恒位移速率及恒应变率)的加载、保载和卸载测试程序；数据处理系统则基于材料力学性能的仪器化压入测试方法完成对载荷、位移等数据的分析处理，最终确定被测试材料的有关力学性能参数。在上述系统设计中，驱动与载荷测量采取分离式的设计方案，目的在于精确测量作用于压头上的试验载荷，同时避免由于驱动与载荷测量采用一体化设计所带来的载荷基础数据测量的热漂移问题；在位移测量过程中为实现基于试样参照的高精度位移测量目标，本发明专门设计了由压杆、金刚石Vickers或Berkovich压头、位移传感器夹持装置与“深度测量随动盘”组成的压头组件，该组件与3个探头式位移传感器相结合共同完成对压头压入被测试样深度的精确测量。
[0013]本发明设计的高精度仪器化压人仪原理样机，其主要技术指标如下:载荷量程:5?110 N;载荷分辨率:1 mN ;载荷传感器的线性度:±0.15%;载荷加载速率:0.005?5 N / s ;压头的空载行程:25 mm ;压头的最大压人深度:250 Ixm ;位移分辨率:0 375 nm ；位移传感器的线性度:±0 05%;传感器量程(500斗m)范围内任意单位相对位移的误差不超过±1%;保载时间:30 s(可由用户设置)。
[0014]本发明可以从根本上解决目前试样参照型压人仪因试样表面在压人过程中发生小角度倾斜所导致的对压头压入试样深度的位移测不准问题。
【主权项】
1.高精度仪器化压入仪系统，其特征在于:包括驱动装置与载荷测量系统、位移测量系统、计算机控制系统、数据自动处理系统、压头组件以及机架；所述的机架上设有驱动装置，该驱动装置通过计算机控制系统连接有数据自动处理系统；所述驱动装置连接有载荷测量系统，该载荷测量系统通过位移测量系统与压头组件相连接。2.如权利要求书I所述的高精度仪器化压入仪系统，其特征在于:所述压头组件包括压杆、金刚石压头、位移传感器夹持装置及深度测量随动盘。3.如权利要求书2所述的高精度仪器化压入仪系统，其特征在于:所述位移传感器夹持装置上固定设有深度测量随动盘，该深度测量随动盘中间设有压杆；压杆在远离位移测量系统的一端设有金刚石压头。4.如权利要求书I所述的高精度仪器化压入仪系统，其特征在于:所述驱动装置采用型号为LAS95— 025— 8的音圈直线电机。5.如权利要求书I所述的高精度仪器化压入仪系统，其特征在于:所述载荷测量系统上设有载荷传感器，该载荷传感器采用WMC微型应变式载荷传感器。6.如权利要求书I所述的高精度仪器化压入仪系统，其特征在于:所述位移测量系统上设有位移传感器，该位移传感器采用型号为CS05的探头式电容位移传感器。
【专利摘要】本发明涉及高精度仪器领域，具体涉及一种高精度仪器化压入仪系统，包括驱动装置与载荷测量系统、位移测量系统、计算机控制系统、数据自动处理系统、压头组件以及机架；所述的机架上设有驱动装置，该驱动装置通过计算机控制系统连接有数据自动处理系统；所述驱动装置连接有载荷测量系统，该载荷测量系统通过位移测量系统与压头组件相连接。其中驱动装置和载荷测量系统采取分离式的设计方案目的在于精确测量作用于压头上的试验载荷，同时避免由于驱动与载荷测量采用一体化设计所带来的载荷基础数据测量的热漂移问题。本发明可以从根本上解决目前试样参照型压人仪因试样表面在压人过程中发生小角度倾斜所导致的对压头压入试样深度的位移测不准问题。
【IPC分类】G01N35/00, G01N3/42
【公开号】CN105527186
【申请号】CN201410576985
【发明人】张淑芬
【申请人】陕西启源科技发展有限责任公司
【公开日】2016年4月27日
【申请日】2014年10月25日