多軸向通用材料測(cè)試系統(tǒng)的制作方法
【專利說明】多軸向通用材料測(cè)試系統(tǒng)
[0001]本申請(qǐng)要求2013年6月13日于印度孟買所提交編號(hào)為2011/MUM/2013、標(biāo)題為“多軸向通用材料測(cè)試系統(tǒng)”的臨時(shí)專利申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及一種材料測(cè)試系統(tǒng)。具體而言，本發(fā)明涉及一種多軸向通用材料測(cè)試系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0003]要測(cè)定材料特性，可使用測(cè)試系統(tǒng)。不同的材料，或不同類型的分析，可能需要使用不同機(jī)制的測(cè)試系統(tǒng)來測(cè)定材料特性。本技術(shù)領(lǐng)域中已知的材料測(cè)試系統(tǒng)可用于測(cè)定金屬、聚合物、橡膠、紡織品、生物材料、膠粘劑和復(fù)合材料等材料。典型的測(cè)試方法是給材料施加多種設(shè)置的力量，然后對(duì)材料的響應(yīng)進(jìn)行分析。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明公開了一種通用材料測(cè)試機(jī)器。在一個(gè)實(shí)施例中，該機(jī)器包括多個(gè)夾緊裝置，夾持一個(gè)圓形的材料樣片；該夾緊裝置能夠?qū)⒉牧蠘悠费貜较蛲饫?。各夾緊裝置與一個(gè)受力測(cè)量傳感器相連。例如，與一只測(cè)力元件相連。夾緊裝置和測(cè)力元件總成與線性執(zhí)行機(jī)構(gòu)總成相連。線性執(zhí)行機(jī)構(gòu)總成包括一個(gè)可沿直線移動(dòng)的臂狀物以及與該臂狀物相連的電機(jī)。執(zhí)行機(jī)構(gòu)拉動(dòng)或推動(dòng)測(cè)力元件和夾緊裝置總成。在樣品受到拉伸或被放松的過程中，一只攝像模塊負(fù)責(zé)捕捉樣品的圖像。一個(gè)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)同時(shí)收集來自攝像模塊的圖像以及測(cè)力元件的力量測(cè)量值。數(shù)據(jù)處理單元上運(yùn)行的分析模塊負(fù)責(zé)計(jì)算壓力和張力測(cè)量值，并將其與用戶可選擇的材料模型相匹配。
[0005]下文結(jié)合附圖，對(duì)上述及其他優(yōu)選特點(diǎn)，包括實(shí)施的各方面細(xì)節(jié)以及各要素的綜合進(jìn)行了更為具體的描述，并在權(quán)利要求書中更為具體地指了出來。應(yīng)該注意的是，此處所述具體方法和系統(tǒng)僅是出于說明目的而提供，并非是對(duì)于本發(fā)明范圍的限制。而該領(lǐng)域內(nèi)的專業(yè)人員應(yīng)該能夠理解，在本發(fā)明的范圍內(nèi)，此處所述原理和特點(diǎn)可用于多種不同的實(shí)施例中。
【附圖說明】
[0006]附圖為本說明書的一部分，它們說明了當(dāng)前的優(yōu)選實(shí)施例，且與上述總體說明以及下述對(duì)于優(yōu)選實(shí)施例的具體說明一起，解釋并傳授了本發(fā)明的原理。
[0007]圖1所示為依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，材料測(cè)試機(jī)器的一個(gè)方塊圖。
[0008]圖2所示為依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，一個(gè)示例性的線性執(zhí)行機(jī)構(gòu)的臂狀物。
[0009]圖3所示為依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，一個(gè)示例性的夾緊裝置的一個(gè)方塊圖。
[0010]圖4所示為依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，一個(gè)示例性的夾緊裝置的一個(gè)方塊圖。
[0011]圖5所示為依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，兩種配置的材料測(cè)試機(jī)器的方塊圖，解釋了可收縮樣品裝載裝置的工作方法。
[0012]圖6A所示為依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，將樣品裝載到夾緊裝置中的示例性方法。
[0013]圖6B所示為依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，將樣品裝載到夾緊裝置中的一種裝置。
[0014]圖6C所示為依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，將樣品裝載到夾緊裝置中的示例性方法。
[0015]圖7所示為通過控制夾緊裝置的運(yùn)動(dòng)，同時(shí)將樣品裝載到兩個(gè)或多個(gè)夾緊裝置中的方法。
[0016]圖8A和8B所示為依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，一個(gè)示例性的夾緊裝置。
[0017]圖9A和9B所示為依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，一種材料測(cè)試機(jī)器。
[0018]圖10所示為依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，自動(dòng)將樣品裝載到兩個(gè)或多個(gè)夾緊裝置中的方法。
[0019]圖11所示為依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，樣品裝載裝置的子部件。
[0020]圖12所示為在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，用于從樣片上切出特定樣品形狀的一個(gè)工具的前視圖。
[0021]圖13所示為根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，用于將樣品切出規(guī)定形狀的一個(gè)工具的切刃。
【具體實(shí)施方式】
[0022]本發(fā)明公開了一種通用材料測(cè)試機(jī)器。在一個(gè)實(shí)施例中，該機(jī)器包括多個(gè)夾緊裝置，夾持一個(gè)圓形的材料樣片；該夾緊裝置能夠?qū)⒉牧蠘悠费貜较蛲饫?。各夾緊裝置與一個(gè)受力測(cè)量傳感器相連。例如，與一只測(cè)力元件相連。夾緊裝置和測(cè)力元件總成與線性執(zhí)行機(jī)構(gòu)總成相連。線性執(zhí)行機(jī)構(gòu)總成包括一個(gè)可沿直線移動(dòng)的臂狀物以及與該臂狀物相連的電機(jī)。執(zhí)行機(jī)構(gòu)拉動(dòng)或推動(dòng)測(cè)力元件和夾緊裝置總成。在樣品受到拉伸或被放松的過程中，一只攝像模塊負(fù)責(zé)捕捉樣品的圖像。一個(gè)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)同時(shí)收集來自攝像模塊的圖像以及測(cè)力元件的力量測(cè)量值。數(shù)據(jù)處理單元上運(yùn)行的分析模塊負(fù)責(zé)計(jì)算壓力和張力測(cè)量值，并將其與用戶可選擇的材料模型相匹配。
[0023]圖1所示為依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，材料測(cè)試機(jī)器199的一個(gè)方塊圖。該系統(tǒng)包括多個(gè)線性執(zhí)行機(jī)構(gòu)101。此等線性執(zhí)行機(jī)構(gòu)排成一個(gè)圓形，而執(zhí)行機(jī)構(gòu)的臂狀物102指向此等線性執(zhí)行機(jī)構(gòu)所排成圓形的圓心。執(zhí)行機(jī)構(gòu)被安裝在一個(gè)平面上，安裝使用了一塊基準(zhǔn)板109。該基準(zhǔn)板109通過支撐腿110被安裝在一塊墊板111上。各線性執(zhí)行機(jī)構(gòu)均配有一臺(tái)可獨(dú)立操控的電機(jī)。通過控制電機(jī)，可推動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)臂狀物，使其向所述圓形的圓心移動(dòng)，或背離圓心移動(dòng)。各線性執(zhí)行機(jī)構(gòu)臂狀物與一個(gè)受力測(cè)量傳感器相連。例如，與103所示的一只測(cè)力元件相連。一種夾緊裝置，例如楔形夾緊裝置或滾軸式夾緊裝置，與所述受力測(cè)量傳感器相連。104所示的為一種夾緊裝置。受測(cè)樣品105為一塊具有一定厚度的圓板。105所示的受測(cè)樣品處于受拉伸的狀態(tài)，其中的受測(cè)樣品由104這樣的夾緊裝置從其圓周夾持著。108所示的受測(cè)樣品邊界，是其在未受到多個(gè)夾緊裝置拉伸或壓縮時(shí)的狀態(tài)。這種拉伸狀態(tài)近似一個(gè)平面上所有方向均勻拉伸，也就是“雙軸”拉伸的狀態(tài)。受測(cè)樣品最初可能會(huì)圓形，突出部位突出的方向剛好使夾緊裝置可夾持住這些突出部位。
[0024]107為一個(gè)攝像模塊，用于捕捉在樣品受到拉伸或壓縮時(shí)的圖像。106是一個(gè)透明的蓋子，用于保護(hù)攝像模塊。該攝像模塊可從樣品上部或從樣品下部捕捉樣品和裝置的數(shù)據(jù)。一個(gè)數(shù)據(jù)收集和處理系統(tǒng)收集來自于受力測(cè)量傳感器和攝像模塊的數(shù)據(jù)。在受測(cè)樣品被拉伸或壓縮的不同狀態(tài)，均收集來自于所有受力測(cè)量傳感器的受力測(cè)量數(shù)據(jù)。在對(duì)受力測(cè)量進(jìn)行的特定分析中，可計(jì)算樣品受到的壓力。而攝像模塊所收集的圖像經(jīng)過分析，可確定樣品受拉的特點(diǎn)。在一次特定的分析中，可使用圖像數(shù)據(jù)計(jì)算樣品受到的張力。數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)會(huì)將此等數(shù)據(jù)與可能感興趣的各種材料模型相匹配。
[0025]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，在該樣品上標(biāo)上特定的圖案，如同心圓，或由多個(gè)點(diǎn)組成的特定圖案，如圓形、橢圓形或三角形。該攝像模塊用于跟蹤所標(biāo)記圖案的運(yùn)動(dòng)，并使用機(jī)器視覺技術(shù)，計(jì)算樣品多個(gè)位置上的位移。
[0026]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，使用攝像模塊跟蹤執(zhí)行機(jī)構(gòu)臂狀物的運(yùn)動(dòng)，并使用機(jī)器視覺技術(shù)，測(cè)量各執(zhí)行機(jī)構(gòu)臂狀物相對(duì)于其初始位置的位移。
[0027]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，執(zhí)行機(jī)構(gòu)臂狀物具有一個(gè)內(nèi)置的位移傳感器，用于測(cè)量相對(duì)于一個(gè)當(dāng)前初始位置的位移。
[0028]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，執(zhí)行機(jī)構(gòu)臂狀物具有一個(gè)內(nèi)置的位移傳感器，用于測(cè)量相對(duì)于一個(gè)當(dāng)前初始位置的位移，而受拉樣品的位移則使用該樣品的一個(gè)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行預(yù)測(cè)。
[0029]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，使用機(jī)器視覺技術(shù)，攝像模塊用于探測(cè)是否存在故障模式，如線性執(zhí)行機(jī)構(gòu)不工作，或樣品從夾緊裝置上滑落等。
[0030]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，只使用兩個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)來拉伸一個(gè)矩形樣品，以進(jìn)行單軸拉伸或壓縮。
[0031]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，只使用兩個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，夾緊裝置的附件夾持著整個(gè)樣品邊緣。使用此等夾緊裝置進(jìn)行拉伸，可進(jìn)行剪切拉伸。
[0032]在一個(gè)實(shí)施例中，一個(gè)裝置即可進(jìn)行單軸、雙軸和剪切拉伸中的兩項(xiàng)或所有三項(xiàng)測(cè)試。對(duì)于單軸測(cè)試，只使用兩個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。對(duì)于雙軸測(cè)試，使用所有的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。對(duì)于剪切測(cè)試，使用兩個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，但使用剪切測(cè)試的專用附件或進(jìn)行特別的更改，或夾持樣品的位置與對(duì)面夾緊裝置離得很近。
[0033]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，執(zhí)行機(jī)構(gòu)按規(guī)定的頻率增加和減少施加給樣品的拉力。
[0034]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，可設(shè)定樣品受拉的速度或拉力減少的速度為拉伸量的一個(gè)函數(shù)。
[0035]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，如109所示的基準(zhǔn)環(huán)形板經(jīng)過精密加工，使板面處于一個(gè)平面上，如101所示的執(zhí)行機(jī)構(gòu)被安裝在該環(huán)形板上。
[0036]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，如109所示的基準(zhǔn)環(huán)形板經(jīng)過精密加工，使板面處于一個(gè)平面上，如101所示的執(zhí)行機(jī)構(gòu)則安裝在一個(gè)獨(dú)立的結(jié)構(gòu)上。使用墊片來調(diào)整該結(jié)構(gòu)上執(zhí)行機(jī)構(gòu)的水平位置，確保所有執(zhí)行機(jī)構(gòu)與基準(zhǔn)板109處于同一水平位置上，確保它們處于同一平面中。
[0037]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，線性執(zhí)行機(jī)構(gòu)的外框?yàn)槭褂描旒芙Y(jié)構(gòu)組成的矩形或其他形狀的框架。
[0038]圖2所示為依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，一個(gè)示例性的線性執(zhí)行機(jī)構(gòu)的臂狀物299。
[0039]線性執(zhí)