CN109297847A - 一种动态法定量测量材料抗划伤装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种动态法定量测量材料抗划伤装置及其使用方法,所述装置包括外箱，所述外箱的内部从下至上依次设置有集粉盒、载台和三轴运动系统；先通过载台中的称重天平称量待测样品的初始重量，然后通过三轴运动系统在待测样品表面产生多条划伤，再使用称重天平称量划伤后的样品重量，计算测量样品重量损失量，评估样品抗划伤性能；本发明能够准确表征材料的抗划伤性能，避免对测量材料表面产生的划伤的选择性测量，提高可信度；本发明的装置简单，易于实现全自动化测量。

Description

一种动态法定量测量材料抗划伤装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及玻璃材料性能检测技术领域，具体涉及一种动态法定量测量材料抗划伤装置及其使用方法。

背景技术

用于触摸显示外观件的无机材料（例如玻璃材料、微晶玻璃和陶瓷材料等）在使用过程常受外力作用而受出现表面受损现象。随着电子显示装置的广泛应用，其外观保护材料使用环境中受到不同外界物质的接触，因此外观材料的抗划伤性能越来受到重视。例如采用化学强化工艺在玻璃表面产生表面压缩应力，以提高玻璃表面强度，进而提高玻璃抗划伤性能；或采用高硬度的透明氧化铝材质改善保护材料的抗划伤能力。尽管采取以上措施，在日常使用中外观件材料与其他高硬度物品摩擦后在表面出现划伤，导致外观件出现强度下降甚至破裂现象。

一般利用维氏硬度计在材料表面产生维氏压痕，测量压痕的对角线长度计算出材料表面硬度值，用此来表示材料表面抵抗外力入侵的能力，但材料的表面抗划伤能力不是由硬度值唯一决定的，还与材料的韧性有关。因此，维氏压痕法待测硬度值不适合表示玻璃的抗划伤能力。采用硬度待测仪（牛顿笔）在材料表面以一定压力速度再材料表面进行划痕待测，再依据划痕的宽度、深度等信息，定性判断材料的抗划伤能力，但此不能定量表征材料的抗划伤能力。

专利CN102762508A中提及一种表征电子装置的玻璃外壳抗裂刮擦的方法，该方法采用维氏金刚石压头在玻璃表面产生压痕，使得玻璃表面下发生变形和剪切断层，引发压痕周围产生维氏中间/径向裂纹引发阈值判断。但玻璃在收到高压力作用时，玻璃将不可避免产生沿垂直玻璃厚度方向的裂纹，但该裂纹由于受表面破损而很难被观察，因此该专利中采取多次测量，选取50%概率方法判断玻璃抗刮擦性，这种选择性测量增加测量的不确定性。

专利CN107247007A中通过测量玻璃表面的多条划痕宽度表征玻璃耐划痕性，但玻璃表面实际产生划痕的过程中，玻璃表面出现崩边现象，导致划痕宽度测量误差增加。此专利在测量过程中没有选择崩边的划痕进行测量，但这种选择性测量增加测量的不确定性。此外，测量透明材料的表面划痕宽度时需使用到高精度CCD系统，因此成本较高而不利于推广使用。

发明内容

本发明目的在于为了避免现有技术测量过程中对测量材料的抗划伤性能选择性问题，提供一种动态法定量测量材料抗划伤装置及其使用方法，以便更准确和定量反映玻璃抗划伤性能问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种动态法定量测量材料抗划伤装置，包括外箱，所述外箱的内部从下至上依次设置有集粉盒、载台和三轴运动系统，所述外箱的内壁固定设置有带齿条的导轨，所述三轴运动系统通过导轨与外箱内壁滑动连接，所述载台与外箱的内壁固定连接，所述外箱的上部设置有通气槽，所述外箱的侧壁设置有箱门，所述外箱的下端设置有通气孔，所述通气孔可与抽气装置连接。

进一步地，所述三轴运动系统包括横梁、丝杆和滑块，所述横梁的两端对称固定设置有夹块，所述夹块与外箱内壁的导轨滑动连接，所述横梁的下方对称固定设置有壳体a和壳体b，所述壳体a和壳体b的内部分别设置有电机a和电机b，所述电机a与齿轮通过轴承连接，所述齿轮位于夹块与外箱内壁的导轨中间，所述电机b与丝杆的一端连接，丝杆的另一端与壳体a活动连接，所述滑块的下端通过滚珠轴承与丝杆活动连接，其上端与横梁活动连接，其外侧固定设置有气缸，气缸的下端设置有压头，气缸的外侧设置有吹气装置。

进一步地，所述载台包括基板、称重天平和升降载台面，所述基板四周设置通气孔，所述载台面位于称重天平的上方，所述载台面上方设置有用于固定待测材料的压片。

进一步地，所述三轴运动系统中压头为金刚石类压头，用于在待测材料表面进行多次平行直线划痕操作。

进一步地，所述载台中的载台面可进行垂直升降，当载台面处于上升位时，其与称量天平分离，当其处于下降位时，其与称量天平相接触。

进一步地，所述三轴运动系统中吹气装置用于清洁待测材料划伤后表面残留颗粒，避免残留颗粒对玻璃进行二次划伤以及造成称量误差；其吹气压力至少约0.4MPa。

上述动态法定量测量材料抗划伤装置的使用方法，具体步骤如下：

（1）通过压片将待测样品固定在载台面上，再将载台面调至下降位压在称重天平上，通过称重天平测量待测材料和载台面的原始总质量，最后将载台面调至上升位；

（2）开启电机a和电机b，齿轮在电机a的带动下沿着外箱内壁的导轨运动，由于电机a通过壳体a与横梁固定连接，横梁与导轨通过夹块活动连接，横梁沿着导轨来回运动；电机b带动丝杆转动，丝杆通过滚珠轴承与滑块活动连接，滑块沿着丝杆方向来回运动；由于气缸与滑块固定连接，气缸的下端设置有压头并控制压头在竖直方向运动，即通过电机a、电机b和气缸作用，控制压头三轴移动在载台面上待测材料表面产生划伤；

（3）开启吹气系统，清洁待测材料划伤后表面产生的颗粒物，再次称量载台面和待测材料的质量，得出待测材料划伤前后质量变化量，定量表征待测材料的抗划伤能力。

进一步地，所述待测材料划伤条数至少为20条，划伤长度至少为80mm。

进一步地，所述待测材料划伤压力至少为1N，划伤速度至少为0.1mm/s。

与现有技术相比较，本发明具有以下优点：本发明通过在待测材料表面产生多条划伤，通过测量划伤后材料的重量损失，便能够准确表征材料的抗划伤性能，避免对测量材料表面产生的划伤的选择性测量，提高可信度。具体来讲，所测量材料划伤前后重量损失量越小，则表面材料的抗划伤能力越强，反之，所测量材料的划伤前后重量损失量越大，则表面材料的抗划伤能力越弱。

附图说明

图1是测量装置的正面三维模型图；

图2是测量装置的反面三维模型图；

图3是测量装置中三轴运动系统的结构示意图；

图4是测量装置中载台的结构示意图；

图中：1-外箱、2-三轴运动系统、201-横梁、202-夹块、203-齿轮、204-壳体a、205-电机a、206-丝杆、207-吹气装置、208-压头、209-气缸、2010-滑块、2011-壳体b、2012-电机b、3-载台、301-基板、302-称重天平、303-载台面、304-压片、4-箱门、5-集粉盒、6-通气孔。

具体实施方式

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图，作详细说明如下，但本发明并不限于此。

一种动态法定量测量材料抗划伤装置，包括外箱1，所述外箱1的内部从下至上依次设置有集粉盒5、载台3和三轴运动系统2，所述外箱的内壁固定设置有带齿条的导轨，所述三轴运动系统2通过导轨与外箱1内壁滑动连接，所述载台3与外箱1的内壁固定连接，所述外箱1的上部设置有通气槽，所述外箱的侧壁设置有箱门4，所述外箱的下端设置有通气孔6，所述通气孔6可与抽气装置连接。

本实施例中，所述三轴运动系统2包括横梁201、丝杆206和滑块2010，所述横梁201的两端对称固定设置有夹块202，所述夹块202与外箱1内壁的导轨滑动连接，所述横梁201的下方对称固定设置有壳体a204和壳体b2011，所述壳体a204和壳体b2011的内部分别设置有电机a205和电机b2012，所述电机a205与齿轮203通过轴承连接，所述齿轮203位于夹块202与外箱1内壁的导轨中间，所述电机b2012与丝杆206的一端连接，丝杆206的另一端与壳体a204活动连接，所述滑块2010的下端通过滚珠轴承与丝杆206活动连接，其上端与横梁201活动连接，其外侧固定设置有气缸209，气缸209的下端设置有压头208，气缸209的外侧设置有吹气装置207。

本实施例中，所述载台3包括基板301、称重天平302和升降载台面303，所述基板301四周设置通气孔，所述载台面303位于称重天平302的上方，所述载台面303上方设置有用于固定待测材料的压片304。

本实施例中，所述三轴运动系统中压头208为金刚石类努氏压头，用于在待测材料表面进行多次平行直线划痕操作。

本实施例中，所述载台中的载台面303可进行垂直升降，当载台面303处于上升位时，其与称量天平302分离，当其处于下降位时，其与称量天平302相接触。

本实施例中，所述三轴运动系统2中吹气装置207用于清洁待测材料划伤后表面残留颗粒，避免残留颗粒对玻璃进行二次划伤以及造成称量误差；其吹气压力至少约0.4MPa。

实施例1

利用上述的动态法定量测量材料抗划伤装置，将待测玻璃固定于载台上，称量待测玻璃和载台面的初始重量，然后通过三轴运动系统对待测玻璃进行划伤处理，划伤压力为4N，移动速度为10mm/s，划伤条数为50条，划伤长度为120mm，再称量划伤后的玻璃和载台面的重量，计算出待测玻璃划伤损失的重量，表1为不同待测玻璃的划伤状况。

实施例2

利用上述的动态法定量测量材料抗划伤装置，将待测玻璃固定于载台上，称量待测玻璃和载台面的初始重量，然后通过三轴运动系统对待测玻璃进行划伤处理，划伤压力为8N，移动速度为10mm/s，划伤条数为30条，划伤长度为120mm，再称量划伤后的玻璃和载台面的重量，计算出待测玻璃划伤损失的重量，表2为不同待测玻璃的划伤状况。

实施例3

利用上述的动态法定量测量材料抗划伤装置，将待测玻璃固定于载台上，称量待测玻璃和载台面的初始重量，然后通过三轴运动系统对待测玻璃进行划伤处理，划伤压力为18N，移动速度为10mm/s，划伤条数为12条，划伤长度为120mm，再称量划伤后的玻璃和载台面的重量，计算出待测玻璃划伤损失的重量，表3为不同待测玻璃的划伤状况。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属发明的涵盖范围。

Claims (7)

1.一种动态法定量测量材料抗划伤装置，包括外箱，其特征在于：所述外箱的内部从下至上依次设置有集粉盒、载台和三轴运动系统，所述外箱的内壁固定设置有带齿条的导轨，所述三轴运动系统通过导轨与外箱内壁滑动连接，所述载台与外箱的内壁固定连接，所述外箱的上部设置有通气槽，所述外箱的侧壁设置有箱门，所述外箱的下端设置有通气孔。

2.根据权利要求书1所述的一种动态法定量测量材料抗划伤装置，其特征在于：所述三轴运动系统包括横梁、丝杆和滑块，所述横梁的两端对称固定设置有夹块，所述夹块与外箱内壁的导轨滑动连接，所述横梁的下方对称固定设置有壳体a和壳体b，所述壳体a和壳体b的内部分别设置有电机a和电机b，所述电机a与齿轮通过轴承连接，所述齿轮位于夹块与外箱内壁的导轨中间，所述电机b与丝杆的一端连接，丝杆的另一端与壳体a活动连接，所述滑块的下端通过滚珠轴承与丝杆活动连接，其上端与横梁活动连接，其外侧固定设置有气缸，气缸的下端设置有压头，气缸的外侧设置有吹气装置。

3.根据权利要求书1所述的一种动态法定量测量材料抗划伤装置，其特征在于：所述载台包括基板、称重天平和升降载台面，所述基板四周设置通气孔，所述载台面位于称重天平的上方，所述载台面上方设置有用于固定待测材料的压片。

4.根据权利要求书2所述的一种动态法定量测量材料抗划伤装置，其特征在于：所述三轴运动系统中压头为金刚石类压头。

5.一种应用于权利要求书1所述的一种动态法定量测量材料抗划伤装置的使用方法，其特征在于：具体步骤如下：

（1）通过压片将待测样品固定在载台面上，再将载台面调至下降位压在称重天平上，通过称重天平测量待测材料和载台面的原始总质量，最后将载台面调至上升位；

（2）开启电机a和电机b，齿轮在电机a的带动下沿着外箱内壁的导轨运动，由于电机a通过壳体a与横梁固定连接，横梁与导轨通过夹块活动连接，横梁沿着导轨来回运动；电机b带动丝杆转动，丝杆通过滚珠轴承与滑块活动连接，滑块沿着丝杆方向来回运动；由于气缸与滑块固定连接，气缸的下端设置有压头并控制压头在竖直方向运动，即通过电机a、电机b和气缸作用，控制压头三轴移动在载台面上待测材料表面产生划伤；

（3）开启吹气系统，清洁待测材料划伤后表面产生的颗粒物，再次称量载台面和待测材料的质量，得出待测材料划伤前后质量变化量，定量表征待测材料的抗划伤能力。

6.根据权利要求书5所述的一种动态法定量测量材料抗划伤装置的使用方法，其特征在于：所述待测材料划伤条数至少为20条，划伤长度至少为80mm。

7.根据权利要求书5所述的一种动态法定量测量材料抗划伤装置的使用方法，其特征在于：所述待测材料划伤压力至少为1N，划伤速度至少为0.1mm/s。