CN111257146A - 一种测量平板玻璃表面抗划伤性的装置和方法 - Google Patents

一种测量平板玻璃表面抗划伤性的装置和方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种测量平板玻璃表面抗划伤性的装置和方法，包括：样品台和移动台；样品台与移动台呈预设水平夹角，样品台上放置固定有玻璃样品，移动台上安装有测量组件；测量组件包括压头、压力传感器和升降台，压头与压力传感器相连，压头和压力传感器安装在升降台上，升降台与驱动机构相连；驱动机构驱动升降台自移动台的高端向低端移动，压头与玻璃样品垂直接触并划伤，形成犁状损伤，通过摄像头获取犁状损伤的连续长度达到预设长度时，此刻从压力传感器获取的压力定义为平板玻璃表面临界抗划伤值。本发明在划伤时刻的视像与作用力值能够同步呈现，提高测量效率，减少测量误差。

Description

一种测量平板玻璃表面抗划伤性的装置和方法
技术领域
本发明涉及玻璃力学性能测试技术领域，具体涉及一种通过持续加压来测量平板玻璃表面抗划伤性的装置和方法。
背景技术
现代平板玻璃工业发展至今已有100余年，平板玻璃具有良好透光功能、表面光滑、化稳性好、遮风挡雨等功能，在建筑、汽车、家具、工业、电器、仪表、新能源等领域发挥着重要作用。
随着平板玻璃应用拓展，接触性摩擦和风沙应用环境条件越来越多，比如复印机的复印面板、扫描仪的扫描面板、滚筒洗衣机的观察窗、智能手机前后盖板、光伏玻璃面板、光热反射镜等。尽管普通钠钙玻璃硬度较大，莫氏硬度可达6级左右(金刚石硬度为10级)，但在摩擦作用下平板玻璃表面依然会出现划伤及划痕，使表面变得粗糙无光泽，不仅影响外观质量和透光性，更致命的是会导致玻璃机械性能严重退化；其破坏及力学性能退化机理源于格里菲斯裂纹扩展，会导致表面受损的玻璃会发生破裂，于是技术人员发明了玻璃表面或本体机械强度提升方法，例如物理钢化、化学强化、表面镀膜等。
目前，对于玻璃表面的抗划伤测量表征方法还不健全，甚至有借用漆膜硬度评价方法，采用铅笔硬度测量方法来表征，一般只会在玻璃表面留下铅笔画痕，而实际并没有划破玻璃表面，并不能较好地反映玻璃表面抗划划性；其次，也有采用维氏硬度或克氏硬度方法来间接表明玻璃表面抗划伤性，而这种方法只是垂直径向作用于玻璃表面，没有体现出划伤的水平作用效果，不具有等同效应；另外，也有采用滚轮耐磨试验方法，通过采用特定规格研磨轮，施加一定作用力，研磨轮在玻璃表面滚动一定时间，达到一定研磨次数，然后测量透光率或雾度指标，但该方法的测量过程比较繁琐，比较耗时(一般大于2小时)，不够简洁明了；再者，也有为了克服铅笔硬度法测量的不足，将炭芯材质换成金刚石，压力作用从小到大依次阶跃性变换，但该方法只是阶跃大小值有所差别而已，一般作用力习惯采用1N或0.5N等进行阶跃变化，例如作用力依次变为1N，2N，3N……，或者0.5N，1N，1.5N，2N……，然后沿水平连续划3-5次，当作用力达到某一个数值时，这种方法确实会在玻璃表面留下划痕，但是从具体从哪个临界作用力出现的划痕，几乎无法给出具体而准确的数值，有时为了减少表面划伤作用力偏差，就会采用固定加载力值(比如3N)，沿直线水平划量5次，甚至15次，然后借助放大镜观察，统计玻璃表面划伤情况，然后计算取平均值。而市场出售的金刚石刀头形态和尺寸大小没有统一规格，这样会导致不同划痕头所划出损伤力值结果差别很大。
综上所述，目前尚无完善的玻璃表面抗划伤测量表征评价方法，需要针对平板玻璃自身硬度以及抗划伤能力，发明一种可以测量平板玻璃表面临界划伤作用力的装置及方法。
发明内容
针对现有技术中固定加载力多次在平板玻璃表面划线的方法无法测量玻璃表面临界抗划伤性的问题，本发明针对平板玻璃自身硬度以及抗划伤能力，提供一种通过持续加压来测量平板玻璃表面抗划伤性的装置和方法，该装置及方法在划伤时刻的视像与作用力值能够同步呈现，提高测量效率，减少测量误差。
本发明公开了一种测量平板玻璃表面抗划伤性的装置，包括：样品台和移动台；
所述样品台与所述移动台呈预设水平夹角，所述样品台可放置固定玻璃样品，所述移动台上安装有测量组件；所述测量组件包括压头、压力传感器和升降台，所述压头与所述压力传感器相连，所述压头和压力传感器安装在所述升降台上，所述升降台与驱动机构相连；
所述驱动机构驱动所述升降台自所述移动台的高端向低端移动，所述压头与所述玻璃样品垂直接触并划伤，形成犁状损伤，通过摄像头获取犁状损伤的连续长度达到预设长度时，此刻所述压力传感器获取的压力定义为平板玻璃表面临界抗划伤值。
作为本发明的进一步改进，所述玻璃样品通过样品固定机构安装在所述样品台上。
作为本发明的进一步改进，所述移动台与所述样品台的水平夹角为0.15°～1.0°，所述移动台的最大行程范围为400～600mm，移动速度为0.5～5mm/s。
作为本发明的进一步改进，所述压头为HRC-3规格的洛氏硬度计压头，压头锥角120°，压头圆弧半径0.2mm。
作为本发明的进一步改进，所述压力传感器的量程范围为0～30N，分辨力为0.006N；所述升降台的行程范围为0～40mm。
作为本发明的进一步改进，所述摄像头安装在所述移动台或升降台上，跟随所述压头一起移动，通过放大和连续摄像方式监视和记录所述压头在所述玻璃样品表面划线的整个过程。
作为本发明的进一步改进，所述摄像头的放大倍数为10～20倍。
作为本发明的进一步改进，还包括：处理器；
所述处理器与所述压力传感器和摄像头相连，用于实时采集所述压力传感器获取的压力和所述摄像头获取的犁状损伤长度，将压力和划痕记录影像耦合在一个图像接收画面，当所述玻璃样品表面划破且连续形成预设长度的犁状破损时，此刻对应的压力定义为平板玻璃表面临界抗划伤值。
作为本发明的进一步改进，所述犁状破损的预设长度为3mm。
本发明还公开了一种测量平板玻璃表面抗划伤性的方法，包括：
将所述玻璃样品安装固定在所述样品台上；
将所述升降台移动到所述移动台的高端处，调整升降台使压头与玻璃样品表面距离小于1mm；
启动所述驱动机构，所述驱动机构驱动所述升降台自所述移动台的高端向低端移动；
在移动过程中，所述压头与所述玻璃样品的间距逐渐减小，使所述压头与所述玻璃样品相接触；
在继续移动的过程中，所述压头作用在所述玻璃样品的压力逐渐增大，并在所述玻璃样品上形成犁状破损；
通过摄像头获取犁状损伤的连续长度达到预设长度时，此刻所述压力传感器获取的压力定义为平板玻璃表面临界抗划伤值。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明的压头在平板玻璃样品表面划线的过程中，压头作用力是持续增大，通过摄像头记录下划线全过程，并实时采集压头的作用力，将作用力和划痕记录影像耦合在一个图像接收画面，当玻璃样品表面划破且连续形成预设长度的犁状破损时，此刻的压力值即可定义为平板玻璃表面临界抗划伤值；本发明在划伤时刻的视像与作用力值能够同步呈现，提高测量效率，减少测量误差。
附图说明
图1为本发明一种实施例公开的测量平板玻璃表面抗划伤性的装置的主视图；
图2为本发明一种实施例公开的测量平板玻璃表面抗划伤性的装置的俯视图。
图中：
1、移动台；2、压头；3、压力传感器；4、升降台；5、摄像头；6、样品台；7、玻璃样品；8、样品固定机构。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。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。
下面结合附图对本发明做进一步的详细描述：
本发明提供一种测量平板玻璃表面抗划伤性的装置和方法，其设计原理为：
使用压头在玻璃样品表面划线，在此过程中逐步减小压头与平板玻璃样品之间的距离，使压头作用在平板玻璃样品上的压力持续增大，当平板玻璃样品表面犁状划痕损伤长度达3mm时，此时压头作用力即为该平板玻璃样品表面最大抗划伤值。
如图1、图2所示，本发明提供一种测量平板玻璃表面抗划伤性的装置，包括：移动台1、压头2、压力传感器3、升降台4、摄像头5、样品台6、玻璃样品7、样品固定机构8、驱动机构和处理器；其中：
本发明的样品台6为图1、图2所示的水平台结构，样品台6上通过样品固定机构8可放置固定有待测的平板玻璃，即玻璃样品7；其中，样品固定机构8可选用板卡、弹片、压件等多种常规的固定机械结构。
本发明的移动台1连接固定于样品台6上，且移动台1与样品台6呈预设水平夹角，使移动台1的表面为均匀过渡的倾斜面；优选的水平夹角为0.15°～1.0°，实现上述夹角可采用的方式为：将移动台1的一端垫高(可通过垫块垫高2-4mm左右，视移动台长度而定)，使移动台1与样品台6最终形成0.15°～1.0°的水平夹角。上述水平角度的作用为：当移动台1上的压头2自高端向低端运动时，其会逐渐接近玻璃样品7、接触玻璃样品7、增大压力在玻璃样品7上形成犁状划痕损伤。
本发明在移动台1上安装有用于测量平板玻璃表面抗划伤性的测量组件，测量组件包括压头2、压力传感器3和升降台4；其中，压头2的下端与玻璃样品7垂直设置，压头2的上端与压力传感器3相连接，压力传感器3可实时获取压头2的压力读数；压头2和压力传感器3安装在升降台4上，升降台4可调节压头2的上下位置；升降台4固定在移动台1上，可实现水平滑动，其是通过沿移动台1的滑轨进行移动的。同时，为了实现对测量组件(压头2、压力传感器3和升降台4)的驱动，本发明在移动台1的一端安装有驱动机构，该驱动机构可采用伺服步进电机带动螺杆平移机构；升降台4固定安装在移动台1的滑块上，移动台1的滑块与步进电机的螺杆连接；移动台1的滑块依靠伺服步进电机驱动沿螺杆实现水平运动，从而带动升降台4的水平运动，其能精确控制移平台1前进及后退的速度，升降台4带动压头2在平板玻璃样品7表面实现划痕测量。在测量过程中，本发明的摄像头安装在移动台1的滑块上或升降台4上，跟随压头2一起移动，通过放大和连续摄像方式监视和记录压头在玻璃样品表面划线的整个过程。
本发明的处理器与压力传感器3和摄像头5相连，用于实时采集压力传感器3获取的压力和摄像头5获取的犁状损伤长度，将压力和划痕记录影像耦合在一个图像接收画面，当玻璃样品7表面划破且连续形成预设长度的犁状破损时，此刻对应的压力定义为平板玻璃表面临界抗划伤值。
进一步，本发明移动台1的最大行程范围为400～600mm，移动速度为0.5～5mm/s。
进一步，本发明需要对划痕压头材质和规格给出限定，确保该测量方法具有的重复性和均匀一致性；为此，本发明的压头2可选用市售的洛氏硬度计压头，优选为HRC-3规格、压头锥角120°、压头圆弧半径0.2mm。同时，也可根据需要选用满足要求的其他压头材质和规格。
进一步，本发明压力传感器3的量程范围为0～30N，分辨力为0.006N，压力传感器3的量程覆盖能使被测平板玻璃样品表面出现划痕损伤的最大压力；升降台4的行程范围为0～40mm，实现压头的上下移动，测量初始时调整压头与玻璃样品接近，距离小于1mm。
进一步，本发明摄像头5的放大倍数为10～20倍。
进一步，本发明犁状破损的预设长度为3mm，当玻璃样品表面划破且连续形成3mm犁状破损时，此刻对应的压力定义为平板玻璃表面临界抗划伤值。
本发明提供一种测量平板玻璃表面抗划伤性的方法，包括：
将平板玻璃样品7平放在样品台6上，使平板玻璃样品7处于压头2的下方；压头2连接在压力传感器3上，压力传感器3连接在升降台4上，升降台的调节距离为20～40mm，调整升降台4使压头2刚好接触在平板玻璃样品7表面，压力传感器3开始有0～0.5N示数，移动台1与样品台6安装时，移动台1应与样品台6的之间成0.15°～1.0°水平夹角；
启动移动台1的伺服步进电机，使其带动压头2在平板玻璃样品7上进行水平划线，摄像头5对玻璃样品7上的划线进行摄像监控，摄像头5的放大倍数为10～20倍，当玻璃样品7上出现犁状破损长度达3mm时，此刻的压力值即为玻璃样品7的临界抗划伤值。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种测量平板玻璃表面抗划伤性的装置，其特征在于，包括：样品台和移动台；
所述样品台与所述移动台呈预设水平夹角，所述样品台上放置固定有玻璃样品，所述移动台上安装有测量组件；所述测量组件包括压头、压力传感器和升降台，所述压头与所述压力传感器相连，所述压头和压力传感器安装在所述升降台上，所述升降台与驱动机构相连；
所述驱动机构驱动所述升降台自所述移动台的高端向低端移动，所述压头与所述玻璃样品垂直接触并划伤，形成犁状损伤，通过摄像头获取犁状损伤的连续长度达到预设长度时，此刻所述压力传感器获取的压力定义为平板玻璃表面临界抗划伤值。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述玻璃样品通过样品固定机构安装在所述样品台上。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述移动台与所述样品台的水平夹角为0.15°～1.0°，所述移动台的最大行程范围为400～600mm，移动速度为0.5～5mm/s。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述压头为HRC-3规格的洛氏硬度计压头，压头锥角120°，压头圆弧半径0.2mm。
5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述压力传感器的量程范围为0～30N，分辨力为0.006N；所述升降台的行程范围为0～40mm。
6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述摄像头安装在所述移动台或升降台上，跟随所述压头一起移动，通过放大和连续摄像方式监视和记录所述压头在所述玻璃样品表面划线的整个过程。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述摄像头的放大倍数为10～20倍。
8.如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：处理器；
所述处理器与所述压力传感器和摄像头相连，用于实时采集所述压力传感器获取的压力和所述摄像头获取的犁状损伤长度，将压力和划痕记录影像耦合在一个图像接收画面，当所述玻璃样品表面划破且连续形成预设长度的犁状破损时，此刻对应的压力定义为平板玻璃表面临界抗划伤值。
9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述犁状破损的预设长度为3mm。
10.一种基于如权利要求1-9中任一项所述的装置的测量平板玻璃表面抗划伤性的方法，其特征在于，包括：
将所述玻璃样品安装固定在所述样品台上；
将所述升降台移动到所述移动台的高端处，调整升降台使压头与玻璃样品表面距离小于1mm；
启动所述驱动机构，所述驱动机构驱动所述升降台自所述移动台的高端向低端移动；
在移动过程中，所述压头与所述玻璃样品的间距逐渐减小，使所述压头与所述玻璃样品相接触；
在继续移动的过程中，所述压头作用在所述玻璃样品的压力逐渐增大，并在所述玻璃样品上形成犁状破损；
通过摄像头获取犁状损伤的连续长度达到预设长度时，此刻所述压力传感器获取的压力定义为平板玻璃表面临界抗划伤值。
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