CN105675426A - 真空销盘式磨损试验机单相机双式样原位成像装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种真空销盘式磨损试验机单相机双式样原位成像装置，包括真空罩、底座，其特征在于：底座上固定设置转盘机构，加载机构，光反射机构；转盘机构包括水平的下式样转盘，下式样固定设置在下式样转盘上，下式样转盘受到马达动力能够旋转；光反射机构包括反射镜组，反射镜组上端与定位螺杆固定连接，定位螺杆与定位环螺纹配合；定位环与相机悬臂固定连接；下加载梁向下加载时，定位环带动定位螺杆转动，使反射镜组离开上式样与相机所在位置，相机对下式样转盘上的下式样进行拍摄成像；下加载梁向上复位时，定位环带动定位螺杆反向转动，使反射镜组的两端分别对应上式样及相机所在位置，相机对上式样进行拍摄成像。

Description

真空销盘式磨损试验机单相机双式样原位成像装置

技术领域

本发明涉及一种真空销盘式磨损试验机单相机双式样原位成像装置，属于空间摩擦学技术领域。

背景技术

摩擦磨损研究中最常用的磨损试验设备是销盘式摩擦磨损试验机，此类设备实验过程中销保持固定不动，转盘保持旋转运动，其中销可以是球、半球面柱销、平面柱销或长方形。

尽管在大环境下磨损表面形貌观察和分析已经有了长足发展，但在模拟航空航天环境下的摩擦实验中，需要保证实验环境的高真空状态，如果磨损试样从真空环境进入大气环境，摩擦界面会迅速变化，因此需要对磨损表面进行原位图像采集和分析。

目前现有技术中的设备不能仅使用一个相机同时完成真空环境下销盘式磨损试验机上、下试样原位图像采集，导致设备的结构比较复杂，成本较高，使用也有不便之处。

经对现有技术专利的检索发现，文献号为CN104197862A的中国专利文献公开了一种基于图像技术的全自动摩擦角测量仪，该装置通过安装在摩擦设备透明罩外的CCD相机获取摩擦图像，该装置虽然适用各种形状摩擦试样，但只能用于测量摩擦角；文献号为CN102944512A以及CN203231962U的中国专利文献公开了一种实时动态观测摩擦界面的端面扭动摩擦磨损试验机及方法，均采用上透明盘、下销试样结构，高清摄像机通过透明盘记录磨损表面，但是该方法只适用于为聚合物等透明材料的磨损试样，不能观察金属等不透明材料，这极大限制了其使用范围；文献号为202229998U的中国专利文献介绍的一种实时观测与记录微动摩擦磨损的设备，也采用了透明试样，无法实现金属与金属材料之间的磨损的成像试验。

以上专利均存在使用材料有限的问题。经专利检索发现目前针对摩擦试验机的原位观察主要采用相机直拍下试样或采用透明材料试样的方法，而对于不透明材料上、下试样均能进行磨损图像原位采集的装置未见报道，而在真空环境下实现这一功能将面对更多挑战。

发明内容

综合上述背景技术，本发明实际需要解决的技术问题是：现有的销盘式磨损试验机双式样原位成像装置，或不能仅使用一个相机同时完成真空环境下销盘式磨损试验机上、下试样原位图像采集，导致设备的结构比较复杂，成本较高，使用也有不便之处；或通过透明转盘自下而上拍摄并记录磨损表面，但是该方法只适用于为聚合物等透明材料的磨损试样，不能观察金属等不透明材料，无法实现金属与金属材料之间的磨损的成像试验；这极大限制了其使用范围。

本发明采取以下技术方案：

一种真空销盘式磨损试验机单相机双式样原位成像装置，包括真空罩1、底座2，所述底座2上固定设置转盘机构，加载机构，光反射机构；所述转盘机构包括水平的下式样转盘20，下式样固定设置在下式样转盘20上，下式样转盘20受到马达动力能够旋转；所述加载机构包括加载电机3、加载丝杠9、加载弹簧7，上加载梁11、下加载梁6、限位卡扣8；所述上加载梁11与加载丝杠9螺纹配合，限位卡扣8固定在下加载梁6上，其上端钩体8勾住上加载梁11的上端面；加载弹簧7套设在加载丝杠9外部，其上下端分别抵住上加载梁11和下加载梁6；所述下加载梁6与相机悬臂18固定连接，相机悬臂18上固定设置拍摄方向向下的相机17；所述下加载梁6上固定设置上式样23；加载电机3工作能够带动加载丝杠9转动，从而带动上加载梁11向下移动，加载弹簧7向下挤压下加载梁6，下加载梁6带动上式样23向下移动并与下式样转盘20上的下式样接触，实现加载；下加载梁6同时带动相机17向下移动，调节相机17的拍摄距离；当上式样23与下式样接触后，继续增大加载力时，下加载梁6停止移动，上加载梁11继续向下移动，加载弹簧7加大压缩，限位卡扣8与上加载梁11脱离；上加载梁11向上复位时，通过限位卡扣8带动下加载梁6向上复位；所述光反射机构包括反射镜组19，所述反射镜组19上端与定位螺杆15固定连接，所述定位螺杆16与定位环15螺纹配合；所述定位环15与相机悬臂18固定连接；下加载梁6向下加载时，定位环15带动定位螺杆16转动，使反射镜组19离开上式样23与相机17所在位置，相机17对下式样转盘20上的下式样进行拍摄成像，并将数据传出真空罩外的电脑；下加载梁6向上复位时，定位环15带动定位螺杆16反向转动，使反射镜组19的两端分别对应上式样23及相机17所在位置，相机17对上式样进行拍摄成像，并将数据传出真空罩外的电脑。

进一步的，所述下加载梁6上固定设置上式样夹具14，所述上式样夹具14的底部固定安装上式样23。

进一步的，所述上加载梁11与下加载梁6均穿射一对用于导向和防转动的导杆，所述导杆固定在加载梁导杆座4上。

进一步的，所述加载电机3通过加载电机变速箱5与加载丝杠9连接。

进一步的，所述反射镜组19两侧呈三角形状，中间呈矩形状。

进一步的，用于驱动下式样转盘20转动的马达设置在底座2的下方，并通过旋转主轴22作为进行传动。

进一步的，所述定位螺杆16上端套在“L”形反射镜组悬臂13中，反射镜组悬臂13固定连接在相机悬臂导杆12上，实现定位螺杆16水平方向平移自由度固定，水平方向只有旋转自由度。

进一步的，所述相机悬臂18套在相机悬臂导杆座24上同时与下加载梁6固定连接，实现与竖直方向上与下加载梁6同步运动。

本发明的有益效果在于：

1)在原有真空销盘式摩擦磨损试验机基础上不增加额外动力设备，仅通过反射镜组、相机和机械结构实现了上、下试样的原位图像采集。

2)相机保持固定，试样材料无需透明，适用范围广。

3)本装置结构简单、易于拆装维护、结构紧凑节省空间。

4)传动机构设计巧妙，只需两项动力源。

5)拍摄、加载动作设置的连贯性强，下试样成像是在磨损后加载梁复位前拍摄的，复位时同时完成对上式样的拍摄成像。

附图说明

图1为本发明真空销盘式磨损试验机单相机双式样原位成像装置，真空罩打开后的结构示意图。

图2为摩擦磨损加载、运行结构剖面图。

图3为图像采集结构分别对下试样和上试样采样时各部件状态，其中a为下式样采样，b为上式样采样。

图4为分别为反射镜组、反射镜组定位杆、相机悬臂的细节图，其中a为反射镜组，b为反射镜组定位杆，c为相机悬臂。

图中：1-真空罩，2-底座，3-加载电机，4-加载梁导杆座，5-加载电机变速箱，6-下加载梁，7-加载弹簧，8-限位卡扣，9-加载丝杠，10-加载梁导杆，11-上加载梁，12-相机导杆，13-反射镜组悬臂，14-上试样夹具，15-反射镜组定位环，16-反射镜组定位杆，17-相机，18-相机悬臂，19-反射镜组，20-下试样转盘，21-旋转主轴轴承，22-旋转主轴，23-上试样，24-相机导杆座。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进一步说明。

参见图1-图4，本发明实施例提供了一种真空销盘式磨损试验机单相机双试样原位成像装置，包括真空罩1和底座2，其特征在于，还包括加载电机3、加载梁导杆座4、加载电机变速箱5、下加载梁6、加载弹簧7、限位卡扣8、加载丝杠9、加载梁导杆10、上加载梁11、相机悬臂导杆12、反射镜组悬臂13、上试样夹具14、反射镜组定位环15、反射镜组定位杆16、相机17、相机悬臂18、反射镜组19、下试样转盘20、旋转主轴轴承21、旋转主轴22、上试样23和相机导杆座24，所述加载电机3、加载梁导杆座4、转轴变速器21、相机悬臂导杆座24固定在底座上。加载梁导杆10竖直固定在对应的加载梁导杆座4上，加载丝杠9平行放置于两根加载梁导杆10之间并通过加载点击变速箱5与加载电机3连接。下加载梁6套在加载梁导杆10和加载丝杠9上，与加载丝杠9间隙配合，上加载梁11套在加载梁导杆10和加载丝杠9上，与加载丝杠9螺纹配合，限位卡扣8下端通过水平沟槽固定在下加载梁6上，上端搭扣于上加载梁11上。加载弹簧7套在丝杠上，压紧在上加载梁11和下加载梁6之间。上试样夹具14固定在下加载梁6端部，上试样23夹在上试样夹具14上。相机悬臂导杆12竖直固定在相机悬臂导杆座24上，相机悬臂18套在相机悬臂导杆座24上，同时与下加载梁6固结，保持同步升降，相机17固定在相机悬臂18上。反射镜组悬臂13套在相机悬臂导杆12上并固定，反射镜组定位杆16穿过反射镜组定位环15套在反射镜组悬臂13上，反射镜组19固定在反射镜组定位杆16下端。下试样转盘20与旋转主轴22连接。

具体实施时，将真空罩1取下，上试样23安装于上试样夹具14上，控制加载电机3下降完成加载，此时反射镜19组转至图3a状态，安装好真空罩后对真空腔内进行抽真空。启动旋转主轴电机，逐渐将转速增加至目标转速进行摩擦实验。摩擦实验完成后，逐渐降低电机转速直至停止，控制相机对下试样拍照进行图像采集，并将数据传出真空罩外的电脑。然后控制加载电机使加载梁上升至反射镜组转至图3b位置，控制相机对上试样拍照进行图像采集，并将数据传出真空罩外的电脑。恢复真空腔内压力并取下试样。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (8)

1.一种真空销盘式磨损试验机单相机双式样原位成像装置，包括真空罩(1)、底座(2)，其特征在于：

所述底座(2)上固定设置转盘机构，加载机构，光反射机构；

所述转盘机构包括水平的下式样转盘(20)，下式样固定设置在下式样转盘(20)上，下式样转盘(20)受到马达动力能够旋转；

所述加载机构包括加载电机(3)、加载丝杠(9)、加载弹簧(7)，上加载梁(11)、下加载梁(6)、限位卡扣(8)；所述上加载梁(11)与加载丝杠(9)螺纹配合，限位卡扣(8)固定在下加载梁(6)上，其上端钩体(8)勾住上加载梁(11)的上端面；加载弹簧(7)套设在加载丝杠(9)外部，其上下端分别抵住上加载梁(11)和下加载梁(6)；所述下加载梁(6)与相机悬臂(18)固定连接，相机悬臂(18)上固定设置拍摄方向向下的相机(17)；所述下加载梁(6)上固定设置上式样(23)；

加载电机(3)工作能够带动加载丝杠(9)转动，从而带动上加载梁(11)向下移动，加载弹簧(7)向下挤压下加载梁(6)，下加载梁(6)带动上式样(23)向下移动并与下式样转盘(20)上的下式样接触，实现加载；下加载梁(6)同时带动相机(17)向下移动，调节相机(17)的拍摄距离；当上式样(23)与下式样接触后，继续增大加载力时，下加载梁(6)停止移动，上加载梁(11)继续向下移动，加载弹簧(7)加大压缩，限位卡扣(8)与上加载梁(11)脱离；上加载梁(11)向上复位时，通过限位卡扣(8)带动下加载梁(6)向上复位；

所述光反射机构包括反射镜组(19)，所述反射镜组(19)上端与定位螺杆(15)固定连接，所述定位螺杆(16)与定位环(15)螺纹配合；

所述定位环(15)与相机悬臂(18)固定连接；下加载梁(6)向下加载时，定位环(15)带动定位螺杆(16)转动，使反射镜组(19)离开上式样(23)与相机(17)所在位置，相机(17)对下式样转盘(20)上的下式样进行拍摄成像，并将数据传出真空罩外的电脑；下加载梁(6)向上复位时，定位环(15)带动定位螺杆(16)反向转动，使反射镜组(19)的两端分别对应上式样(23)及相机(17)所在位置，相机(17)对上式样进行拍摄成像，并将数据传出真空罩外的电脑。

2.如权利要求1所述的真空销盘式磨损试验机单相机双式样原位成像装置，其特征在于：所述下加载梁(6)上固定设置上式样夹具(14)，所述上式样夹具(14)的底部固定安装上式样(23)。

3.如权利要求1所述的真空销盘式磨损试验机单相机双式样原位成像装置，其特征在于：所述上加载梁(11)与下加载梁(6)均穿射一对用于导向和防转动的导杆，所述导杆固定在加载梁导杆座(4)上。

4.如权利要求1所述的真空销盘式磨损试验机单相机双式样原位成像装置，其特征在于：所述加载电机(3)通过加载电机变速箱(5)与加载丝杠(9)连接。

5.如权利要求1所述的真空销盘式磨损试验机单相机双式样原位成像装置，其特征在于：所述反射镜组(19)两侧呈三角形状，中间呈矩形状。

6.如权利要求1所述的真空销盘式磨损试验机单相机双式样原位成像装置，其特征在于：用于驱动下式样转盘(20)转动的马达设置在底座(2)的下方，并通过旋转主轴(22)作为进行传动。

7.如权利要求1所述的真空销盘式磨损试验机单相机双式样原位成像装置，其特征在于：所述定位螺杆(16)上端套在“L//形反射镜组悬臂(13)中，反射镜组悬臂(13)固定连接在相机悬臂导杆(12)上，实现定位螺杆(16)水平方向平移自由度固定，水平方向只有旋转自由度。

8.如权利要求1所述的真空销盘式磨损试验机单相机双式样原位成像装置，其特征在于：所述相机悬臂(18)套在相机悬臂导杆座(24)上同时与下加载梁(6)固定连接，实现与竖直方向上与下加载梁(6)同步运动。