CN110411868B - 一种机械强度测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机械强度测试装置，属于机械强度检测技术领域。该测试装置的放置框本体与待检样品相接触的上表面上设有第一压力传感器，第一竖向挡板和第二竖向挡板共同构成围挡结构；两个相对设置的第二竖向挡板靠近顶部处设有相对应的光信号发生器和光信号识别器，第二竖向挡板的上方通过可转动的连接轴连接有翻转板；连接轴的端部连接有步进电机，翻转板上设有用于吸附钢珠的第二电磁铁，第一压力传感器、步进电机、第一电磁铁、第二电磁铁、光信号发生器和光信号识别器均与控制器电连接。本发明的测试装置能对反弹的钢珠进行有效吸附，且对抗冲击检测过程进行自动控制，不但提高了检测准确性，还提高了工作效率。

Description

一种机械强度测试装置

技术领域

本发明涉及机械强度检测技术领域，具体涉及一种机械强度测试装置。

背景技术

机械强度指材料受外力作用时，其单位面积上所能承受的最大负荷。一般用抗弯(抗折)强度、抗拉(抗张)强度、抗压强度、抗冲击强度等来表示，因不同材料制成的产品的使用环境不同，故不同产品的机械强度性能有着不同的要求。

钢化玻璃是一种预应力玻璃，为提高玻璃的强度，通常使用化学或物理的方法，在玻璃表面形成压应力，玻璃承受外力时首先抵消表层应力，从而提高了承载能力，增强玻璃自身抗风压性，冲击性等。目前钢化玻璃广泛应用于高层建筑门窗、玻璃幕墙、室内隔断玻璃、采光顶棚、观光电梯通道、家具、玻璃护栏等领域。

对于钢化玻璃来说其抗冲击强度是钢化玻璃强制检测项目之一，国标要求用钢珠对玻璃进行抗冲击强度测试，具体要求使用直径63.5mm(质量约1040g)表面光滑的钢珠放在距离试样表面1000mm的高度，使其自由落下，冲击点应在距试样中心25mm的范围内，且对每块试样的冲击仅限1次，然后观察试样是否破坏。由于钢珠在掉落在试样上之后会发生反弹，反弹后会造成对试样的二次冲击，影响测试结果的准确性；现有技术中的抗冲击强度检测设备均没有克服钢珠反弹造成的二次冲击问题。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中的问题，提供一种机械强度测试装置。

本发明提供了一种机械强度测试装置，操作台和设置在操作台上测试装置，所述测试装置包括样品放置框、竖向支撑件、水平承载台、第一电磁铁和钢珠，所述竖向支撑件固定在操作台上，水平承载台固定在竖向支撑件的顶端，所述第一电磁铁固定在水平承载台的底端，钢珠吸附在第一电磁铁的下表面；

样品放置框包括放置框本体，放置框本体与操作台沿水平方向滑动连接，钢珠位于放置框本体中心的正上方，放置框本体与待检样品相接触的表面上设有第一压力传感器，所述放置框本体上设有第一竖向挡板，所述操作台上固定有第二竖向挡板，所述第一竖向挡板和第二竖向挡板共同构成围挡结构；两个相对设置的第二竖向挡板靠近顶部处设有相对应的光信号发生器和光信号识别器，第二竖向挡板的顶部铰接有连接轴，所述连接轴轴侧固定有翻转板，连接轴的端部连接有步进电机，翻转板铰接轴的端部连接有步进电机，翻转板上设有用于吸附钢珠的第二电磁铁，所述翻转板具有第一位置和第二位置，当翻转板位于第一位置时，翻转板位于第二竖向挡板的外部，当翻转板翻转至第二位置时第二电磁铁位于放置框本体的上方，所述第一压力传感器、步进电机、第一电磁铁、第二电磁铁、光信号发生器和光信号识别器均与控制器电连接；第一压力传感器、步进电机、第一电磁铁、第二电磁铁、光信号发生器、光信号识别器和控制器还均与电源电连接。

较佳地，第二竖向挡板的外部还设有用于将第二电磁铁上吸附的钢珠输送至第一电磁铁下方的输送机构，所述输送机构包括用于承接钢珠的盒体和用于将盒体运输至第一电磁铁下方的滑轨，所述盒体上设有滑块，所述滑块与滑轨滑动连接，所述滑块上还设有牵引绳，所述牵引绳的一端与滑块固定连接，牵引绳的另一端绕过固定在竖向支撑件上的滑轮与牵引绳收卷装置连接，所述牵引绳收卷装置与控制器电连接。

较佳地，第一竖向挡板和第二竖向挡板的高度均为竖向支撑件高度的1/3-1/4。

较佳地，翻转板的前边缘和后边缘处设有导向挡板。

较佳地，操作台上还设有待检样品容纳装置，待检样品容纳装置和测试装置之间还设有用于将待检样品移动至放置框本体的移动机构，所述移动机构上设有真空吸附装置；所述移动机构和真空吸附装置均与控制器电连接。

较佳地，移动机构包括升降机构和沿水平方向设置的伸缩机构，所述升降机构固定在操作台上，伸缩机构的一端固定在升降机构上，伸缩机构的另一端与真空吸附装置连接，真空吸附装置的初始位置位于待检样品的正上方，所述升降机构、伸缩机构和真空吸附装置均与控制器电连接。

较佳地，真空吸附装置包括真空吸盘以及真空泵，真空泵通过硬导管与真空吸盘连接，真空吸盘上设有电磁阀，所述真空泵和电磁阀均与控制器电连接。

较佳地，水平承载台或竖向支撑件上还设有摄像装置，所述摄像装置与控制器电连接。

较佳地，钢珠为多个不同直径等级的钢珠，其中包括直径为63.5mm的钢珠。

较佳地，竖向支撑件为高度可调的支撑柱，且高度可调的支撑板上设有位置锁定机构。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的测试装置通过在放置框本体的四周设置围挡结构，并对围挡结构的高度进行优化，确保翻转板上的第二电磁铁对反弹后的钢珠进行有效吸附，避免钢珠对待检测样品的二次撞击，吸附后的钢珠会在第二电磁铁断电后释放至盒体内，并通过输送机构提升至第一电磁铁下方，实现了钢珠的自动循环。

本发明还通过真空吸附装置对样品进行吸附，避免样品在测试前造成损伤，并通过移动机构将待检测样品从待检样品容纳装置移动至放置框本体，确保样品位置的一致性且每次放置的样品均位于钢珠的正下方，确保钢珠的击落点范围，通过第一电磁铁吸附和释放钢珠，确保了钢珠的自由下落运动，通过摄像装置对冲击强度检测过程进行记录，方便后期对比分析；

本发明的机械强度检测装置还提高了抗冲击检测过程的自动化，提高了检测准确性的同时提高了工作效率，且由于整个检测过程自动控制，测试过程一致性高，减少了其他不确定因素的影响，利于后期对检测不合格的样品进行玻璃碎片分析以及失效分析。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明输送机构的结构示意图；

图3为本发明真空吸附装置的结构示意图；

图4为本发明样品放置框的结构示意图。

附图标记说明：

1.操作台，2.待检样品容纳装置，3.测试装置，31.样品放置框，311.放置框本体，312.第一竖向挡板，313.第二竖向挡板，314.第二电磁铁，315.翻转板，316.步进电机，317.光信号发生器，318.光信号识别器，32.竖向支撑件，33.水平承载台，34.第一电磁铁，35.钢珠，4.移动机构，41.升降机构，42.伸缩机构，5.真空吸附装置，51.真空吸盘，52.真空泵，53.电磁阀，54.硬导管，6.第一压力传感器，7.摄像装置，9.输送机构，91.盒体，92.滑轨，93.滑块，94.牵引绳，95.滑轮，96.牵引绳收卷装置。

具体实施方式

下面结合附图1-4，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

如附图1所示，本发明提供的一种机械强度测试装置，包括操作台1和设置在操作台1上测试装置3，所述测试装置3包括样品放置框31、竖向支撑件32、水平承载台33、第一电磁铁34和钢珠35，所述竖向支撑件32固定在操作台1上，水平承载台33固定在竖向支撑件32的顶端，所述第一电磁铁34固定在水平承载台33的底端，钢珠35吸附在第一电磁铁34的下表面，样品放置框31水平设在操作台1上，钢珠35位于样品放置框31中心的正上方；

样品放置框31包括放置框本体311，放置框本体311与操作台1沿水平方向滑动连接，放置框本体311与待检样品相接触的上表面上设有第一压力传感器6，所述放置框本体311上设有第一竖向挡板312，所述操作台1上固定有第二竖向挡板313，所述第一竖向挡板312和第二竖向挡板313共同构成围挡结构；两个相对设置的第二竖向挡板313靠近顶部处设有相对应的光信号发生器317和光信号识别器318，第二竖向挡板313的顶部铰接有连接轴，所述连接轴轴侧固定有翻转板315，连接轴的端部连接有步进电机316，翻转板315的铰接轴的端部连接有步进电机316，翻转板315上设有用于吸附钢珠35的第二电磁铁314，所述翻转板315具有第一位置和第二位置，当翻转板315位于第一位置时，翻转板315位于第二竖向挡板313的外部，当翻转板315翻转至第二位置时第二电磁铁314位于放置框本体311的上方，所述第一压力传感器6、步进电机316、第一电磁铁34、第二电磁铁314、光信号发生器317和光信号识别器318均与控制器电连接；第一压力传感器6、步进电机316、第一电磁铁34、第二电磁铁314、光信号发生器317和光信号识别器318和控制器还均与电源电连接。

工作原理如下：

测试装置3设在操作台1上，用于进行钢化玻璃的抗冲击测试。测试时，待测的样品放置在放置框本体311上，钢珠35吸附在第一电磁铁34上，目的在于保证钢珠35的自由下落，且钢珠35位于放置框本体311中心的正上方，目的在于确保钢珠35的中心轴线与放置框本体311中心的轴线重合，确保钢珠35在自由下落后能够击中待测试样的中心或冲击点在距试样中心25mm的范围内。

由于国标中要求每一个样品只能被击中一次，但是钢珠35击中钢化玻璃后会产生反弹，造成二次撞击或出现钢珠伤人的情况，本实施例中由于放置框本体311位于围挡结构内部内，当钢珠35掉入围挡结构内部时，会遮挡第二竖向挡板313上光信号发生器317发出的光信号，此时相对的第二竖向挡板313上对应设置的光信号识别器检测不到光信号后，并将该检测信号传递给控制器，控制器发出指令启动步进电机316，步进电机316带动翻转板315翻转盖合至第二竖向挡板313的上方即第二位置处；当钢珠35击中检测样品后，测试样品受到冲击力，并将冲击力传递给放置框本体311，使得放置框本体311上的第一压力传感器6检测到压力，第一压力传感器6将检测到的压力信号传送给控制器，控制器控制第二电磁铁314通电，第二电磁体314位于盖合在围挡结构上方的翻转板315的底面上，而此时钢珠35位于第二电磁体314和放置框本体311之间，且位于围挡结构内部，因此第二电磁铁314通电后会将钢珠35吸附在第二电磁铁314上，步进电机316反转，翻转板315复位至第一位置，第二电磁铁314断电，收集钢珠35。本实施例中控制器选用ARMSTM32F型号的PLC控制器，控制器设在操作台1的侧壁。

需要说明的是，本实施例中翻转板315所在的第二竖向挡板313的顶部设有向上延伸的耳板，连接轴通过轴承与耳板连接，步进电机316的输出轴与连接轴固定连接，翻转板315固定在连接轴的外侧表面上。

由于放置框本体311与操作台1沿水平方向滑动连接，因此只需要将放置框本体311向外滑出即可方便取放待检样品；更优选的可以将第一竖向挡板312和第二竖向挡板313通过插接件连接，使得第一竖向挡板312和第二竖向挡板313围成的围挡结构稳固，在测试时不会发生分离。

本实施例中，由于光信号发生器317和光信号识别器318设置在两个相对设置的第二竖向挡板313靠近顶端处，因此在钢珠35击中样品之前，翻转板315提前翻转，确保翻转板315位于钢珠35的上方，实现对钢珠35的有效吸附。经多次研究测试发现，钢珠35在击中样品之后都会发生反弹，并在反弹至1/3-1/4处时能量大幅度消耗，且当步进电机316的转速设定为2000-2500转/min，第一竖向挡板312和第二竖向挡板313的高度设计为自由下落总高度的1/3-1/4，确保第二电磁铁314能有效的吸附反弹的钢珠35，避免二次撞击的问题。

实施例2

为了实现钢珠35的自动循环，因此在第二竖向挡板313的外部还设有用于将第二电磁铁314上吸附的钢珠35输送至第一电磁铁34下方的输送机构9，如附图3所示，所述输送机构9包括用于承接钢珠35的盒体91和用于将盒体91运输至第一电磁铁34下方的滑轨92，所述盒体91上设有滑块93，所述滑块93与滑轨92滑动连接，所述滑块93上还设有牵引绳94，所述牵引绳94的一端与滑块93固定连接，牵引绳94的另一端绕过固定在竖向支撑件32上的滑轮95与牵引绳收卷装置96连接，所述牵引绳收卷装置96与控制器电连接。

当第二电磁铁314吸附钢珠35之后，翻转板315翻转至放置框本体311外部也就是第一位置时，第二电磁铁314断电，钢珠35滚落至盒体91，控制器启动牵引绳收卷装置96，牵引绳94带动盒体91移动至第一电磁铁34的下方，第一电磁铁34通电，钢珠35吸附在第一电磁铁34上，进行下次测试。其中翻转板315的前边缘和后边缘处设有导向挡板，能够确保钢珠35沿翻转板315滚落至盒体91，避免从翻转板315的前后侧掉落。本实施例牵引绳收卷装置96收放牵引绳的原理等技术手段均采用现有技术，因此本发明实施例不再赘述。

实施例3

为了实现整个检测过程的自动化，确保测试过程的准确性和一致性，且提高检测效率，因此操作台1上还设有待检样品容纳装置2，待检样品容纳装置2和测试装置3之间还设有用于将待检样品移动至放置框本体311的移动机构4，所述移动机构4上设有真空吸附装置5；所述移动机构4和真空吸附装置5均与控制器电连接。

待检试样放置在待检样品容纳装置2内，真空吸附装置5每次吸附一个样品，由于真空吸附装置5设在移动机构4上，因此可以通过移动机构4的移动将待检样品移动至放置框本体311，并将待检样品放置在放置框本体311内，通过提前在控制器中设定移动机构4的位移值来确保每次操作都能够将待检样品放置钢珠35的正下方，也就是要确保钢珠35能够击中待检样品的中心；

实验开始前，钢珠35吸附在第一电磁铁34上，控制器启动真空吸附装置5吸附待检样品，并控制移动机构4移动设定的位移值，真空吸附装置5将待检样品放置在样品放置框31上，控制器给移动机构4发出复位指令，移动机构4开始复位，复位完成后测试开始，第一电磁铁34断电，钢珠35自由下落，钢珠35击中待检样品中心，并对反弹的钢珠35进行吸附后，测试人员观察样品是否破损，完成该样品的冲击强度检测。

为了确保每次测试的一致性，待检样品容纳装置2的大小以正好容纳待检样品为宜，所有测试过程中由于真空吸附装置5的初始位置始终位于样品的正上方，且要求空吸附装置5和待检样品容纳装置2两者的中心轴重合，真空吸附装置5对样品的吸附位置固定，且移动机构4的位移值一定，因此每一个待检样品都能够正确无误的放置在样品放置框31的同一位置处，确保了待检样品的位置一致，由于钢珠35的自由下落轨迹不变，故钢珠35击中待检样品的位置一致性好。因此本实施例的冲击强度检测装置避免了人为因素对检测结果的影响，且整个过程自动化控制程度高，确保每次测试的一致性，在提高检测准确性的前提下提高检测效率。

另外，在生产制造过程中往往需要对检验不合格批进行失效原因分析，本实施例由于检测结果的可靠度更高，排除了人为带来的不确定因素，使得不同批次的对比分析更加容易。

实施例4

在实施例1的基础上给出的移动机构4包括升降机构41和沿水平方向设置的伸缩机构42，所述升降机构41固定在操作台1上，伸缩机构42的一端固定在升降机构41上，伸缩机构42的另一端与真空吸附装置5连接，真空吸附装置5的初始位置位于待检样品的正上方，所述升降机构41和伸缩机构42均与控制器电连接。通过升降机构41实现真空吸附装置5的纵向位移，通过伸缩机构42实现水平位移。优选的，升降机构41为液压升降装置。伸缩机构42为电动伸缩杆。如附图4所示，真空吸附装置5包括真空吸盘51以及真空泵52，真空泵52通过硬导管54与真空吸盘51连接，真空吸盘51上设有电磁阀53，所述电磁阀53与控制器和电源电连接。

实施例5

为了对抗冲击强度检测过程进行记录，方便后期分析，本实施例在实施例1的基础上，在水平承载台33上还设有摄像装置7，所述摄像装置7与控制器电连接，控制器也可电连接图像显示装置，摄像装置7和图像显示装置还与电源电连接，图像显示装置用于观看摄像视频。

实施例6

为了满足不同客户的特定要求，本实施例在实施例1的基础上，将钢珠35设计为多个不同直径等级的钢珠，其中包括国标规定的直径为63.5mm的钢珠。另外竖向支撑件32为高度可调的支撑板，且高度可调的支撑板上设有位置锁定机构，竖向支撑件32的高度至少包含国标规定的1000mm。

综上，本发明的测试装置通过在放置框本体的四周设置围挡结构，并对围挡结构的高度进行优化，确保翻转板上的第二电磁铁对反弹后的钢珠进行有效吸附，避免钢珠对待检测样品的二次撞击，吸附后的钢珠会在第二电磁铁断电后释放至盒体内，并通过输送机构提升至第一电磁铁下方，实现了钢珠的自动循环。

本发明还通过真空吸附装置对样品进行吸附，避免样品在测试前造成损伤，并通过移动机构将待检测样品从待检样品容纳装置移动至放置框本体，确保样品位置的一致性且每次放置的样品均位于钢珠的正下方，确保钢珠的击落点范围，通过第一电磁铁吸附和释放钢珠，确保了钢珠的自由下落运动，通过摄像装置对冲击强度检测过程进行记录，方便后期对比分析；

本发明的机械强度检测装置还提高了抗冲击检测过程的自动化，提高了检测准确性的同时提高了工作效率，且由于整个检测过程自动控制，测试过程一致性高，减少了其他不确定因素的影响，利于后期对检测不合格的样品进行玻璃碎片分析以及失效分析。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种机械强度测试装置，其特征在于，包括操作台(1)和设置在操作台(1)上测试装置(3)，所述测试装置(3)包括样品放置框(31)、竖向支撑件(32)、水平承载台(33)、第一电磁铁(34)和钢珠(35)，所述竖向支撑件(32)固定在操作台(1)上，水平承载台(33)固定在竖向支撑件(32)的顶端，所述第一电磁铁(34)固定在水平承载台(33)的底端，钢珠(35)吸附在第一电磁铁(34)的下表面；

样品放置框(31)包括放置框本体(311)，放置框本体(311)与操作台(1)沿水平方向滑动连接，钢珠(35)位于放置框本体(311)中心的正上方，放置框本体(311)与待检样品相接触的表面上设有第一压力传感器(6)，所述放置框本体(311)上设有第一竖向挡板(312)，所述操作台(1)上固定有第二竖向挡板(313)，所述第一竖向挡板(312)和第二竖向挡板(313)共同构成围挡结构，第一竖向挡板(312)和第二竖向挡板(313)的高度均为竖向支撑件(32)高度的1/3-1/4；两个相对设置的第二竖向挡板(313)靠近顶部处设有相对应的光信号发生器(317)和光信号识别器(318)，第二竖向挡板(313)的顶部铰接有连接轴，所述连接轴轴侧固定有翻转板(315)，连接轴的端部连接有步进电机(316)，翻转板(315)上设有用于吸附钢珠(35)的第二电磁铁(314)，所述翻转板(315)具有第一位置和第二位置，当翻转板(315)位于第一位置时，翻转板(315)位于第二竖向挡板(313)的外部，当翻转板(315)翻转至第二位置时第二电磁铁(314)位于放置框本体(311)的上方，所述第一压力传感器(6)、步进电机(316)、第一电磁铁(34)、第二电磁铁(314)、光信号发生器(317)和光信号识别器(318)均与控制器电连接；第一压力传感器(6)、步进电机(316)、第一电磁铁(34)、第二电磁铁(314)、光信号发生器(317)、光信号识别器(318)和控制器还均与电源电连接，在钢珠(35)击中样品之前，翻转板(315)提前翻转，确保翻转板(315)位于钢珠(35)的上方；

所述第二竖向挡板(313)的外部还设有用于将第二电磁铁(314)上吸附的钢珠(35)输送至第一电磁铁(34)下方的输送机构(9)，所述输送机构(9)包括用于承接钢珠(35)的盒体(91)和用于将盒体(91)运输至第一电磁铁(34)下方的滑轨(92)，所述盒体(91)上设有滑块(93)，所述滑块(93)与滑轨(92)滑动连接，所述滑块(93)上还设有牵引绳(94)，所述牵引绳(94)的一端与滑块(93)固定连接，牵引绳(94)的另一端绕过固定在竖向支撑件(32)上的滑轮(95)与牵引绳收卷装置(96)连接，所述牵引绳收卷装置(96)与控制器电连接；当第二电磁铁(314)吸附钢珠(35)之后，翻转板(315)翻转至放置框本体(311)外部也就是第一位置时，第二电磁铁(314)断电，钢珠(35)滚落至盒体(91)，控制器启动牵引绳收卷装置(96)，牵引绳(94)带动盒体(91)移动至第一电磁铁(34)的下方，第一电磁铁(34)通电，钢珠(35)吸附在第一电磁铁(34)上。

2.如权利要求1所述的机械强度测试装置，其特征在于，所述翻转板(315)的前边缘和后边缘处均设有导向挡板。

3.如权利要求1所述的机械强度测试装置，其特征在于，所述操作台(1)上还设有待检样品容纳装置(2)，待检样品容纳装置(2)和测试装置(3)之间还设有用于将待检样品移动至放置框本体(311)的移动机构(4)，所述移动机构(4)上设有真空吸附装置(5)；所述移动机构(4)和真空吸附装置(5)均与控制器电连接。

4.如权利要求3所述的机械强度测试装置，其特征在于，所述移动机构(4)包括升降机构(41)和沿水平方向设置的伸缩机构(42)，所述升降机构(41)固定在操作台(1)上，伸缩机构(42)的一端固定在升降机构(41)上，伸缩机构(42)的另一端与真空吸附装置(5)连接，真空吸附装置(5)的初始位置位于待检样品的正上方，所述升降机构(41)、伸缩机构(42)和真空吸附装置(5)均与控制器电连接。

5.如权利要求4所述的机械强度测试装置，其特征在于，所述真空吸附装置(5)包括真空吸盘(51)以及真空泵(52)，真空泵(52)通过硬导管(54)与真空吸盘(51)连接，真空吸盘(51)上设有电磁阀(53)，所述真空泵(52)和电磁阀(53)均与控制器电连接。

6.如权利要求1所述的机械强度测试装置，其特征在于，所述水平承载台(33)或竖向支撑件(32)上还设有摄像装置(7)，所述摄像装置(7)与控制器电连接。

7.如权利要求1所述的机械强度测试装置，其特征在于，所述钢珠为多个不同直径等级的钢珠，其中包括直径为63.5mm的钢珠。

8.如权利要求1所述的机械强度测试装置，其特征在于，所述竖向支撑件(32)为高度可调的支撑板，且高度可调的支撑板上设有位置锁定机构。

Images