CN105675059A - 一种多功能仿生微结构表面测试装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多功能仿生微结构表面测试装置，包括粘附力测试驱动、摩擦力测试杆转轴、摩擦实验样机底层支板、摩擦力测试杆、摩擦力测试传感器预压装置、薄膜检测装置和显微镜装置，摩擦力测试杆转轴安装在摩擦实验样机中层支板上，摩擦力测试杆安装在摩擦力测试杆转轴的上方，摩擦力测试杆的左端部设有预载荷砝码，显微镜装置包括显微镜调节Z轴、光电显微镜、显微镜调节X轴、显微镜支座和显微镜调节Y轴。本发明结构紧凑，功能全面，可以在干燥及湿滑条件下测试仿生微结构化表面的静摩擦力、动摩擦力、粘附力，在测试过程中实时测量液体薄膜厚度，为仿生微结构表面性能的测试提供了一种全新的装置。

Description

一种多功能仿生微结构表面测试装置
技术领域
本发明涉及一种用于测量材料摩擦力、粘附力以及薄膜厚度设备，具体是一种多功能仿生微结构表面测试装置。
背景技术
在自然界中，人们常见到壁虎、蝾螈等能在干燥、湿滑的表面快速爬行，甚至能倒吊在各个表面上。这些现象给设计仿生机器人足垫带来了灵感。多年以来，科学家通过实验排除了摩擦力、真空吸力、静电引力等。现在研究表明，壁虎是种用分子间相互作用力与物体表面接触。
目前，市场上的高精度力检测装置大多是价格昂贵、功能单一、不自动化，一般摩擦力检测、粘附力检测和薄膜厚度检测这些功能都是分开的，这样对高精度力检测实验的综合比较对比实验的实现困难。
发明内容
本发明的目的在于提供一种结构紧凑、功能全面的多功能仿生微结构表面测试装置，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种多功能仿生微结构表面测试装置，包括粘附力测试驱动、摩擦力测试杆转轴、摩擦实验样机底层支板、摩擦力测试杆、摩擦力测试传感器预压装置、薄膜检测装置和显微镜装置，所述摩擦实验样机底层支板上安装有横梁支撑杆和摩擦实验样机中层支板支架，所述横梁支撑杆位于摩擦实验样机中层支板支架的后侧，所述摩擦实验样机中层支板支架上安装有摩擦实验样机中层支板，所述摩擦力测试杆转轴安装在摩擦实验样机中层支板上，所述摩擦力测试杆安装在摩擦力测试杆转轴的上方，所述摩擦力测试杆的左端部设有预载荷砝码，摩擦力测试杆的右端部设有平衡调节块，所述摩擦力测试杆的下方安装有导轨中间连桥，导轨中间连桥左侧的下方安装有辅助支撑导轨，导轨中间连桥右侧的下方安装有摩擦力测试驱动，辅助支撑导轨上安装有横梁，所述粘附力测试驱动通过粘附力测试载物架安装在横梁的前方，所述摩擦力测试传感器预压装置连接在摩擦力测试杆上，所述摩擦力测试传感器预压装置的右侧安装有摩擦力测试传感器，所述薄膜检测装置安装在摩擦力测试传感器下部的机架上，所述显微镜装置安装在摩擦力测试传感器预压装置下部的机架上，所述显微镜装置包括显微镜调节Z轴、光电显微镜、显微镜调节X轴、显微镜支座和显微镜调节Y轴，所述显微镜调节X轴和显微镜调节Y轴分别安装在显微镜支座的前方和左侧，所述显微镜调节Z轴通过显微镜Y轴Z轴连接块安装在显微镜支座的右侧，所述光电显微镜通过显微镜固定扣连接在显微镜调节Z轴上。
作为本发明再进一步的方案：所述摩擦力测试杆转轴通过摩擦力测试载物架安装在摩擦实验样机中层支板上。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明结构紧凑，功能全面，可以在干燥及湿滑条件下测试仿生微结构化表面的静摩擦力、动摩擦力、粘附力，并且测试过程中实时测量液体薄膜厚度，为仿生微结构表面性能的测试提供了一种全新的装置。
附图说明
图1为本发明的主视图。
图2为本发明的俯视图。
图3为本发明的侧视图。
图4为本发明中显微镜装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。
请参阅图1-4，一种多功能仿生微结构表面测试装置，包括粘附力测试驱动101、摩擦力测试杆转轴102、摩擦实验样机底层支板106、摩擦力测试杆208、摩擦力测试传感器预压装置301、薄膜检测装置303和显微镜装置4，所述摩擦实验样机底层支板106上安装有横梁支撑杆103和摩擦实验样机中层支板支架105，所述横梁支撑杆103位于摩擦实验样机中层支板支架105的后侧，所述摩擦实验样机中层支板支架105上安装有摩擦实验样机中层支板104，所述摩擦力测试杆转轴102通过摩擦力测试载物架207安装在摩擦实验样机中层支板104上，所述摩擦力测试杆208安装在摩擦力测试杆转轴102的上方，所述摩擦力测试杆208的左端部设有预载荷砝码107，摩擦力测试杆208的右端部设有平衡调节块204，所述摩擦力测试杆208的下方安装有导轨中间连桥202，导轨中间连桥202左侧的下方安装有辅助支撑导轨201，导轨中间连桥202右侧的下方安装有摩擦力测试驱动206，辅助支撑导轨201上安装有横梁203，所述粘附力测试驱动101通过粘附力测试载物架205安装在横梁203的前方，所述摩擦力测试传感器预压装置301连接在摩擦力测试杆208上，所述摩擦力测试传感器预压装置301的右侧安装有摩擦力测试传感器302，所述薄膜检测装置303安装在摩擦力测试传感器302下部的机架上，所述显微镜装置4安装在摩擦力测试传感器预压装置301下部的机架上，所述显微镜装置4包括显微镜调节Z轴402、光电显微镜404、显微镜调节X轴405、显微镜支座406和显微镜调节Y轴407，所述显微镜调节X轴405和显微镜调节Y轴407分别安装在显微镜支座406的前方和左侧，所述显微镜调节Z轴402通过显微镜Y轴Z轴连接块401安装在显微镜支座406的右侧，所述光电显微镜404通过显微镜固定扣403连接在显微镜调节Z轴402上。
所述多功能仿生微结构表面测试装置在进行实验测试时，分为两种情况，分别为摩擦力测试和粘附力测试；摩擦力测试过程，将待测试样安放在摩擦力测试载物架207上，调节摩擦力测试杆208后面的平衡调节块204使摩擦力测试杆208水平，之后施加预载荷砝码107施加摩擦力测试预压力，然后调节摩擦力测试传感器预压装置301对摩擦力测试杆208施加压力使摩擦力测试传感器302有一定预值，最后启动摩擦力测试驱动206，带动导轨中间连桥202，使摩擦副之间产生相对剪切运动，摩擦力通过摩擦力测试载物架207传动到摩擦力测试杆208，再传动到摩擦力测试传感器302上，测试完成；粘附力测试过程是，将试样安置在粘附力测试载物架205上，调节粘附力测试驱动101就可以用来测试粘附力；在测试过程中如果想测试摩擦副之间产生的液体薄膜厚度时，需先调节薄膜检测装置303中的显微镜调节Z轴402、显微镜调节X轴405和显微镜调节Y轴407使光电显微镜404调节到合适的位置即可。
所述多功能仿生微结构表面测试装置在实验测量过程中可以根据实验测量的要求，任意调节实验测量中的参数，试样平面之间的速度、加速度等，并且可以在测量湿滑条件下的摩擦力粘附力时，实时的用光干涉法检测两相对运动表面之间产生的液体薄膜厚度，使测试结果中相对运动表面之间产生的力信号和两表面之间液体薄膜厚度产生的距离信号一一对应；摩擦力检测中不仅可以对干摩擦力进行检查而且还可以对湿摩擦力进行检查。摩擦力检测装置的驱动装置可以根据测量内容的要求，任意改变两平面之间的相对运动速度，实现静摩擦力测试或动摩擦力测试；粘附力检测中不仅可以对干粘附力进行检查而且还可以对湿粘附力进行检查。粘附力检测装置运动速度可以达到1um/s，确保待测物体的微小变形引起的粘附力的改变都可以检测；粘附力检测中对待测物体可以定量施加想要的预压力，并且预压力的大小由传感器精确控制，而且预压力检测和粘附力检测用同一传感器，这样的设计不仅简化结构，而且充分利用了已有的设备，降低制造成本；液体薄膜厚度检测装置可以在测量湿摩擦力和湿粘附力过程中，随时利用光干涉法检测两接触面之间的液体薄膜的厚度，以便用于湿粘摩擦力和湿粘附力与产生液体薄膜厚度进行比较。
本发明结构紧凑，功能全面，可以在干燥及湿滑条件下测试仿生微结构化表面的静摩擦力、动摩擦力、粘附力，并且测试过程中实时测量液体薄膜厚度，为仿生微结构表面性能的测试提供了一种全新的装置。
上面对本专利的较佳实施方式作了详细说明，但是本专利并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本专利宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (2)

1.一种多功能仿生微结构表面测试装置，其特征在于，包括粘附力测试驱动（101）、摩擦力测试杆转轴（102）、摩擦实验样机底层支板（106）、摩擦力测试杆（208）、摩擦力测试传感器预压装置（301）、薄膜检测装置（303）和显微镜装置（4），所述摩擦实验样机底层支板（106）上安装有横梁支撑杆（103）和摩擦实验样机中层支板支架（105），所述横梁支撑杆（103）位于摩擦实验样机中层支板支架（105）的后侧，所述摩擦实验样机中层支板支架（105）上安装有摩擦实验样机中层支板（104），所述摩擦力测试杆转轴（102）安装在摩擦实验样机中层支板（104）上，所述摩擦力测试杆（208）安装在摩擦力测试杆转轴（102）的上方，所述摩擦力测试杆（208）的左端部设有预载荷砝码（107），摩擦力测试杆（208）的右端部设有平衡调节块（204），所述摩擦力测试杆（208）的下方安装有导轨中间连桥（202），导轨中间连桥（202）左侧的下方安装有辅助支撑导轨（201），导轨中间连桥（202）右侧的下方安装有摩擦力测试驱动（206），辅助支撑导轨（201）上安装有横梁（203），所述粘附力测试驱动（101）通过粘附力测试载物架（205）安装在横梁（203）的前方，所述摩擦力测试传感器预压装置（301）连接在摩擦力测试杆（208）上，所述摩擦力测试传感器预压装置（301）的右侧安装有摩擦力测试传感器（302），所述薄膜检测装置（303）安装在摩擦力测试传感器（302）下部的机架上，所述显微镜装置（4）安装在摩擦力测试传感器预压装置（301）下部的机架上，所述显微镜装置（4）包括显微镜调节Z轴（402）、光电显微镜（404）、显微镜调节X轴（405）、显微镜支座（406）和显微镜调节Y轴（407），所述显微镜调节X轴（405）和显微镜调节Y轴（407）分别安装在显微镜支座（406）的前方和左侧，所述显微镜调节Z轴（402）通过显微镜Y轴Z轴连接块（401）安装在显微镜支座（406）的右侧，所述光电显微镜（404）通过显微镜固定扣（403）连接在显微镜调节Z轴（402）上。
2.所根据权利要求1所述的多功能仿生微结构表面测试装置，其特征在于，述摩擦力测试杆转轴（102）通过摩擦力测试载物架（207）安装在摩擦实验样机中层支板（104）上。
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