CN113310792A - 玻璃基板耐划伤检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种玻璃基板耐划伤检测方法，包括：固定待测试玻璃基板；通过压头以连续递增的预设压力在待测试玻璃基板的表面以预设速度刻划预设距离的轨迹；轨迹刻划过程中，记录压头的刻划距离，并实时监测待测试玻璃基板的实际承受压力，获得刻划距离‑实际承受压力曲线；将刻划距离‑实际承受压力曲线上的第二个拐点处的实际承受压力值作为待测试玻璃基板的耐划伤临界载荷。本测试方法在对待测试玻璃基板刻划划痕的同时对待测试玻璃基板的实际承受压力值进行测量，在划痕刻划完成后即可输出刻划距离‑实际承受压力曲线依据曲线即可获取待测试玻璃基板的耐划伤临界载荷，测试过程便捷且符合实际的划伤情况，是一种快速获取待测试玻璃基板耐划伤性能的测试方法。

Description

玻璃基板耐划伤检测方法

技术领域

本发明涉及玻璃材料性能检测技术领域，特别是涉及一种玻璃基板耐划伤检测方法。

背景技术

随着电子显示装置的广泛应用，越来越多的用户对电子显示装置的品质有更高的要求，需要在长时间使用过程中始终保持良好的显示效果，电子设备触摸屏基板在实际使用过程中常常因受到外力的作用而产生划伤，导致玻璃基板表面粗糙、光洁度下降，将严重影响显示效果及触摸手感，因此需要对玻璃基板的耐划伤性进行评估。

然而，现有玻璃耐划伤性能评估一般采用维氏硬度计在材料表面形成压痕，并通过测量压痕的对角线长度来获取其硬度值，用此来表示材料表面的耐划伤能力，但材料的表面耐划伤能力不仅与硬度值有关，还与材料的韧性有关。仅利用玻璃基板的表面硬度来评价玻璃基板的耐划伤性能忽略了划伤的产生过程，无法全面的评估玻璃基板的耐划伤能力，不能准确反映玻璃基板的耐划伤性能；同时测试过程需要在压痕形成后取点测量，测试过程繁琐。

发明内容

基于此，有必要提供一种玻璃耐划伤性能的检测方法，以解决目前玻璃基板的耐划伤性能评估的准确性低及测试过程繁琐的问题。

本发明提供一种玻璃基板耐划伤检测方法，包括以下步骤：

固定待测试玻璃基板；

通过压头以连续递增的预设压力在所述待测试玻璃基板的表面以预设速度刻划预设距离的轨迹；

所述轨迹刻划过程中，记录所述压头的刻划距离，并实时监测所述待测试玻璃基板的实际承受压力，获得刻划距离-实际承受压力曲线；

将所述刻划距离-实际承受压力曲线上的第二个拐点处的实际承受压力值作为所述待测试玻璃基板的耐划伤临界载荷。

在其中一个实施例中，还包括：在所述待测试玻璃基板上刻划多条所述轨迹，计算多条所述轨迹获取的耐划伤临界载荷的算数平均值作为所述待测试玻璃基板的平均耐划伤临界载荷。

在其中一个实施例中，在所述通过压头以连续递增的预设压力在所述待测试玻璃基板的表面以预设速度刻划预设距离的轨迹的步骤中，所述压头对所述待测试玻璃基板施加的初始压力的取值范围为0N-5N。

在其中一个实施例中，在通过压头以连续递增的预设压力在所述待测试玻璃基板的表面以预设速度刻划预设距离的轨迹的步骤中，所述压头向待测试玻璃基板施加力的方向与所述待测试玻璃基板的形成所述轨迹的表面垂直。

在其中一个实施例中，在所述轨迹刻划过程中，记录所述压头的刻划距离，并实时监测所述待测试玻璃基板的实际承受压力，获得刻划距离-实际承受压力曲线的步骤之后，且在所述将所述刻划距离-实际承受压力曲线上的第二个拐点处的实际承受压力值作为所述待测试玻璃基板的耐划伤临界载荷的步骤之前，还包括步骤：对所述刻划距离-实际承受压力曲线做降噪处理。

在其中一个实施例中，所述预设压力的取值范围为0N-50N；所述预设压力的加载速度的取值范围为0.1N/s-20N/s，所述预设压力的最小增量为0.01N。

在其中一个实施例中，所述预设距离取值范围为10mm-200mm。

在其中一个实施例中，所述预设速度的取值范围为0.5mm/s-3mm/s。

在其中一个实施例中，所述待测试玻璃基板厚度为0.1mm-2mm。

在其中一个实施例中，在所述固定待测试玻璃基板的步骤中，通过真空吸附固定所述待测试玻璃基板。

在其中一个实施例中，所述压头为洛氏压头、维氏压头或努氏压头。

本发明的玻璃基板耐划伤检测方法中，在对待测试玻璃基板刻划划痕的同时对待测试玻璃基板的实际承受压力值进行测量，在划痕刻划完成后即可输出刻划距离-实际承受压力曲线依据曲线即可获取待测试玻璃基板的耐划伤临界载荷，该检测方法的测试过程便捷且能够准确地检测的玻璃基板的耐划伤临界载荷，以准确评估玻璃基板的耐划伤性能。

附图说明

图1为本发明一实施方式中用于测试玻璃基板耐划伤性能的测试装置的结构示意图；

图2为本发明玻璃基板耐划伤性能的测试方法的一实施方式的步骤流程图；

图3为本发明玻璃基板耐划伤性能的测试方法的一实施方式中的刻划距离-实际承受压力曲线；

图4为本发明玻璃基板耐划伤性能的测试方法的另一实施方式的步骤流程图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

结合图1所示，图1示出了本发明一实施方式中用于测试玻璃基板耐划伤性能的测试装置的结构示意图，该测试装置包括载料台200和第一位移装置300，其中，载料台200上用于固定承载待测试玻璃基板100，第一位移装置300水平设置在载料台200上，并能相对载料台200平移运动。第一位移装置300上设置有加载机构310以及与加载机构310相连接的压头320，加载机构310用于向压头320施加压力，使得压头320抵压载料台200上的待测试玻璃基板100，从而在第一位移装置300带动加载机构310平移运动时，压头320将对待测试玻璃基板100进行刻划。该测试装置还包括压力传感器330和位移传感器340,压力传感器330设置在压头320远离待测试玻璃基板100的一端，用于检测待测试玻璃基板100的实际承受压力，位移传感器340与压头320固定连接，用于检测压头320的刻划距离。

结合图2所示，图2示出了本发明玻璃基板耐划伤检测方法的一实施例的步骤流程，该玻璃基板耐划伤检测方法,包括以下步骤：

步骤S102，固定待测试玻璃基板100。

具体地，待测试玻璃基板100置于载料台200上，并与载料台200相固定，可理解地，通过将待测试玻璃基板100与载料台200相固定，待测试玻璃基板100与载料台200的台面相贴合，从而待测试玻璃基板100得到载料台200较好的支撑，以防止待测试玻璃基板100在刻划过程中偏移、翘曲等现象而造成测试结果不准确。

需要说明的是，载料台200的台面外形大于待测试玻璃基板100的外形，从而载料台200的台面能够为待测试玻璃基板100提供足够的支撑，防止待测试玻璃基板100由于支撑不足，在收到压头320施加的压力时，待测试玻璃基板100未支撑部分由于刚度不足导致碎裂。

步骤S104，通过压头320以连续递增的预设压力在待测试玻璃基板100的表面以预设速度刻划预设距离的轨迹。

步骤S106，轨迹刻划过程中，记录压头320的刻划距离，并实时监测待测试玻璃基板100的实际承受压力，获得刻划距离-实际承受压力曲线。

具体地，结合图1及图2所示，通过压头320向待测试玻璃基板100施加压力，压力的方向与待测试玻璃基板100的形成轨迹的表面垂直，使压头320在待测试玻璃基板100的表面刻划预设距离的划痕，待测试玻璃基板100的实际承受压力通过设置在压头320远离待测试玻璃基板100的一端的压力传感器330获取，刻划距离可通过设置在压头320的位移传感器340获取，这样设置的好处是，位移传感器340始终与压头320保持相对静止，在待测试玻璃基板100表面的刻划距离与压头320一致，可精确检测压头320在待测试玻璃基板100表面的刻划距离。在其他实施方式中，刻划距离还可通过第一位移装置300的驱动参数经计算机程序计算获得。

步骤S108，将刻划距离-实际承受压力曲线上的第二个拐点处的实际承受压力值作为待测试玻璃基板100的耐划伤临界载荷。所测得待测试玻璃基板100的耐划伤临界载荷值越大，则表明该待测试玻璃基板100的耐划伤能力越强；反之，所测得待测试玻璃基板100的耐划伤临界值越小，则表明该待测试玻璃基板100的耐划伤能力越弱。

具体地，结合图3所示，图3示出采用本实施例中玻璃基板耐划伤检测方法中的刻划距离-实际承受压力曲线，需要说明的是，图3示出的刻划距离-实际承受压力曲线是在厚度为0.7mm的待测试玻璃基板100上，设定的初始压力为1N，预设压力的加载速度为0.3N/s，预设速度为0.5mm/s时,依据上述玻璃基板耐划伤检测方法中步骤S102-S106得到的。压头320施加的力从初始压力开始增大，如图3中示出的ab段，待测试玻璃基板100在压头320的抵压下发生弹性形变，待测试玻璃基板100实际承受压力等于施加在待测试玻璃基板100的表面上的压力，由于压头320以连续递增的预设压力在待测试玻璃基板100的表面刻划，则该压力随刻划距离的增加呈线性增加；当压力进一步增大时，如图3中示出的bc段，待测试玻璃基板100表面发生塑性变形，对外界作用力的抵抗减弱，待测试玻璃基板100实际承受压力随刻划距离的增加变化率减小。其中，图3中示出的曲线对应c点位置出现拐点，该c点即曲线的第一拐点位置，在c点后进一步施加压力，如图3中示出的cd段，待测试玻璃基板100表面继续发生形变，待测试玻璃基板100实际承受压力变化率为负，并且于图3中示出的d点再次出现拐点，d点后待测试玻璃基板100实际承受压力变化率变为正，变化趋势与ab段相近，d点即曲线的第二拐点位置，该第二拐点的出现即表明待测试玻璃基板100产生划痕，从而在本发明的玻璃基板耐划伤检测方法中，将刻划距离-实际承受压力曲线上的第二个拐点处的实际承受压力值作为待测试玻璃基板100的耐划伤临界载荷，便能够由该耐划伤临界载荷准确地评估待测试玻璃基板100的耐划伤性能。

结合图4所示,在其中一个实施方式中，在依据刻划距离-实际承受压力曲线获得待测试玻璃基板100的耐划伤临界载荷之后，还包括步骤S110：在待测试玻璃基板100上刻划多条轨迹，计算多条轨迹获取的耐划伤临界载荷的算数平均值作为待测试玻璃基板100的平均耐划伤临界载荷。通过多次测量待测试玻璃基板100的耐划伤临界载荷并求平均值，得到该待测试玻璃基板100更为精确的平均耐划伤临界载荷，避免单次测量中存在的随机因素对玻璃基板耐划伤临界值的影响，可进一步提升评估玻璃基板耐划伤性能的准确性。

在其中一个实施方式中，在通过压头320以连续递增的预设压力在待测试玻璃基板100的表面以预设速度刻划预设距离的轨迹的步骤中，在轨迹的起始位置施加初始压力。

具体地，轨迹的起始位置施加的初始压力的取值范围为0N-5N，比如0N、0.5N、2N或5N，针对不同硬度或不同表面涂层的待测试玻璃基板100可选择适合的初始压力，初始压力不宜过大，过大的初始压力会在轨迹的起始位置就将待测试玻璃基板100划出划痕，此时得到的刻划距离-实际承受压力曲线不完整，会影响读取耐划伤临界载荷的准确性。

在一些实施方式中，在轨迹刻划过程中，记录压头320的刻划距离，并实时监测待测试玻璃基板100的实际承受压力，获得刻划距离-实际承受压力曲线的步骤之后，将刻划距离-实际承受压力曲线上的第二个拐点处的实际承受压力值作为待测试玻璃基板100的耐划伤临界载荷的步骤之前，还包括步骤：对刻划距离-实际承受压力曲线做降噪处理。降噪处理可将刻划距离--实际承受压力曲线处理为平滑曲线，排除因仪器受干扰或待测试玻璃基板100材质不均匀反映在曲线上的小幅波动，以便可顺利读取到待测试玻璃基板100准确的耐划伤临界载荷，也有助于通过程序实现耐划伤临界载荷的读取。

具体地，降噪处理可采用小波去噪、经验模态分解算法、变分模式分解算法等对距离-实际承受压力曲线进行去噪，在此，对曲线的具体降噪处理方式在此不做限定。

在一些实施方式中，预设压力的取值范围为0N-50N，比如0N、1N、10N或50N；预设压力的加载速度的取值范围为0.1N/s-20N/s，比如0.1N/s、1N/s、10N/s或20N/s；预设压力的最小增量为0.01N，预设压力的最小增量即为本测试方法得到耐划伤临界载荷的分辨率，预设压力的最小增量越小，得到的临界载荷越精确。

在一些实施方式中，在压头320以连续递增的预设压力在待测试玻璃基板100的表面以预设速度刻划预设距离的轨迹的步骤中，压头320的加载速度取值可以不取固定值，例如可采用随时间变化的函数，以获取待测试玻璃基板100在不同加载条件下的耐划伤临界载荷，以获取更接近实际划伤情况的耐划伤临界载荷，或得到更严格测试条件的耐划伤临界载荷。

在一些实施方式中，在压头320以连续递增的预设压力在待测试玻璃基板100的表面以预设速度刻划预设距离的轨迹的步骤中，预设距离取值范围为10mm-200mm，比如10mm、50mm、100mm或200mm，在此，对预设距离不做限定。

在一些实施方式中，在压头320以连续递增的预设压力在待测试玻璃基板100的表面以预设速度刻划预设距离的轨迹的步骤中，预设轨迹为直线。第一位移装置300采用电机-丝杆的驱动方式，使得压头320在待测试玻璃基板100上刻划时，可获得较好的位置精度。

在其他实施方式中，第一位移装置300还可采用轮带传动、气缸传动或直线电机的方式对压头320进行驱动。

在其他实施方式中，在压头320以连续递增的预设压力在待测试玻璃基板100的表面以预设速度刻划预设距离的轨迹的步骤中，预设轨迹还可以是载料台200固定待测试玻璃基板100的平面上的二维曲线。由于在实际待测试玻璃基板100划伤过程中，划痕一般不为直线，将压头320的刻划预设轨迹设置为更接近实际划伤动作的曲线轨迹，可获得更接近实际情况的耐划伤临界载荷。

具体地，第一位移装置300带动压头320在载料台200固定待测试玻璃基板100的平面上自由移动，第一位移装置300例如可采用平面串联机构或平面并联机构。采用平面串联机构时机构控制简单；采用平面并联机构可避免传动机构间的累计误差，同时机构整体刚度更大，可进一步提升控制的精度，在此对预设轨迹为二维曲线时，第一位移装置300的具体结构不做限定。

在一些实施方式中，在压头320以连续递增的预设压力在待测试玻璃基板100的表面以预设速度刻划预设距离的轨迹的步骤中，预设速度可调，预设速度的取值范围为0.5mm/s-3mm/s，比如0.5mm/s、1mm/s、2mm/s或3mm/s，以满足不同刻划速度的测试需要。

在其他实施方式中，在压头320以连续递增的预设压力在待测试玻璃基板100的表面以预设速度刻划预设距离的轨迹的步骤中，预设速度可以不取固定值，例如可采用随时间变化的函数，以获取待测试玻璃基板100在划伤速度可变情况下的耐划伤临界载荷，以获取更接近实际划伤情况的耐划伤临界载荷，或得到更严格测试条件下的耐划伤临界载荷。

在一些实施方式中，待测试玻璃基板100的厚度为0.1mm-2mm，比如0.1mm、0.5mm或2mm，在此，对待测试待测试玻璃基板100的厚度不做限定。

在一些实施方式中，载料台200设置有真空吸附装置，待测试玻璃基板100通过真空吸附的方式固定于载料台200上。

具体地，试样台开设有若干个均匀排布的吸附孔，吸附时通过在吸附孔形成负压对待测试玻璃基板100进行固定。试样台的吸附力可通过调整吸附孔中的负压来调节，以适应不同刚度和厚度的待测试玻璃基板100，当需要分离待测试玻璃基板100及试样台时，将吸附孔中负压调整为零或正压。这样设置的好处是，使得待测试玻璃基板100受到的吸附力均匀分布，防止待测试玻璃基板100在检测过程中滑动或翘曲而影响检测结果的准确性。同时，在试样台开设若干个均匀排布的吸附孔使得试样台可适配不同尺寸的待测试玻璃基板100，无需针对不同尺寸的待测试玻璃基板100分别设计夹具。

在其他实施方式中，待测试玻璃基板100与试样台还可用过粘接方式连接，如通过石蜡、UV固化胶水或无痕双面胶实现固定贴合，对待测试玻璃基板100与试样台的粘接方法在此不做限定。通过粘接方式将待测试玻璃基板100与试样台粘接，这样设置的好处在于，可避免在试样台内部设置复杂的气路，简化试样台结构。

在一些实施方式中，压头320可选用洛氏压头320、维氏压头320或努氏压头320。通过不同压头320对待测试玻璃基板100进行耐划伤检测，对比不同类型压头320下同一待测试玻璃基板100的耐划伤临界载荷，可综合判断该待测试玻璃基板100的耐划伤能力。

在一些实施方式中，通过影像系统识别并记录待测试玻璃基板100的表面变化，影像系统包括CCD摄像模组和成像模组，CCD摄像模组设置于第一位移装置300上，CCD摄像模组的镜头对准待测试玻璃基板100与压头320接触的位置，成像模组用于显示CCD摄像模组获取的图像。压头320以连续递增的预设压力在待测试玻璃基板100的表面以预设速度刻划的过程中，CCD摄像模组可随加压头320一起移动，移动过程中CCD摄像模组与压头320始终保持相对静止，以获取待测试玻璃基板100表面在移动加载过程中的准确图像信息，通过将影像系统识别并记录的待测试玻璃基板100表面的变化，与刻划距离-实际承受压力曲线对比，以验证并提升耐划伤临界载荷在刻划距离-实际承受压力曲线上取值点的准确性。具体地，在刻划距离-实际承受压力曲线上取到耐划伤临界载荷点时，待测试玻璃基板100表面开始出现划痕。

在其他实施方式中，CCD摄像模组还可以固定设置于试样台200，例如CCD模组可固定设置于待测试玻璃基板100预设轨迹中点的侧上方，以获得较好的压头320刻划轨迹的全局图像。通过CCD摄像模组可在成像模组可直观得出待测试玻璃基板100出现划痕时，压头320相对起始位置的实际距离，并据此验证从刻划距离-实际承受压力曲线得出的待测试玻璃基板100耐划伤临界载荷的准确性。

在一些实施方式中，固定待测试玻璃基板100于试样台200上之前，还包括对压头320、加载机构310、第一位移装置300进行校核。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (11)

1.一种玻璃基板耐划伤检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

固定待测试玻璃基板；

通过压头以连续递增的预设压力在所述待测试玻璃基板的表面以预设速度刻划预设距离的轨迹；

所述轨迹刻划过程中，记录所述压头的刻划距离，并实时监测所述待测试玻璃基板的实际承受压力，获得刻划距离-实际承受压力曲线；

将所述刻划距离-实际承受压力曲线上的第二个拐点处的实际承受压力值作为所述待测试玻璃基板的耐划伤临界载荷。

2.根据权利要求1所述的玻璃基板耐划伤检测方法，其特征在于，还包括：在所述待测试玻璃基板上刻划多条所述轨迹，计算多条所述轨迹获取的耐划伤临界载荷的算数平均值作为所述待测试玻璃基板的平均耐划伤临界载荷。

3.根据权利要求1所述的玻璃基板耐划伤检测方法，其特征在于，在所述通过压头以连续递增的预设压力在所述待测试玻璃基板的表面以预设速度刻划预设距离的轨迹的步骤中，所述压头对所述待测试玻璃基板施加的初始压力的取值范围为0N-5N。

4.根据权利要求1所述的玻璃基板耐划伤检测方法，其特征在于，在通过压头以连续递增的预设压力在所述待测试玻璃基板的表面以预设速度刻划预设距离的轨迹的步骤中，所述压头向待测试玻璃基板施加力的方向与所述待测试玻璃基板的形成所述轨迹的表面垂直。

5.根据权利要求1所述的玻璃基板耐划伤检测方法，其特征在于，在所述轨迹刻划过程中，记录所述压头的刻划距离，并实时监测所述待测试玻璃基板的实际承受压力，获得刻划距离-实际承受压力曲线的步骤之后，且在所述将所述刻划距离-实际承受压力曲线上的第二个拐点处的实际承受压力值作为所述待测试玻璃基板的耐划伤临界载荷的步骤之前，还包括步骤：对所述刻划距离-实际承受压力曲线做降噪处理。

6.根据权利要求1所述的玻璃基板耐划伤检测方法，其特征在于，所述预设压力的取值范围为0N-50N；所述预设压力的加载速度的取值范围为0.1N/s-20N/s，所述预设压力的最小增量为0.01N。

7.根据权利要求6所述的玻璃基板耐划伤检测方法，其特征在于，所述预设距离取值范围为10mm-200mm。

8.根据权利要求6所述的玻璃基板耐划伤检测方法，其特征在于，所述预设速度的取值范围为0.5mm/s-3mm/s。

9.根据权利要求6所述的玻璃基板耐划伤检测方法，其特征在于，所述待测试玻璃基板厚度为0.1mm-2mm。

10.根据权利要求1所述的玻璃基板耐划伤检测方法，其特征在于，在所述固定待测试玻璃基板的步骤中，通过真空吸附固定所述待测试玻璃基板。

11.根据权利要求1所述的玻璃基板耐划伤检测方法，其特征在于，所述压头为洛氏压头、维氏压头或努氏压头。

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