CN205656070U - 一种纤维拉伸测试装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种纤维拉伸测试装置，属于纤维拉伸测试技术领域。本实用新型包括:安装支架(2)、设于安装支架(2)上的加载拉力伺服电机(1)、与安装支架(2)相连接的丝杠总成(4)、连接于丝杠总成(4)的滑台上的xy轴微调平台(7)、位于xy轴微调平台(7)面上的拉力传感器(6)、连接于丝杠(41)尾部的公夹具定位伺服电机(8)、分别用于夹持试样两端的母夹具(3)和公夹具(5)、激光位移传感器以及数据采集和测试系统。本实用新型采用拉力传感器(6)来反馈指导加载拉力伺服电机(1)进行精确定位施加预加张力，采用激光位移传感器直接测量纤维试样拉伸形变量，不仅有效地提高了采集纤维试样拉伸变形量的准确性，而且可以实现拉伸试验前夹具自动定位功能，从而提高了使用的便捷性和纤维试样的安装精度。

Description

一种纤维拉伸测试装置

技术领域

本实用新型属于纤维拉伸测试技术领域，具体涉及一种纤维拉伸测试的装置。

背景技术

目前有的纤维材料应力特性测试台种类较多，我们发现其测量拉伸位移时一般都以伺服装置如伺服电机接受的转动脉冲数量为位移数值。然而考虑到测试台的机械传动机构，即伺服电机还要通过丝杠、轴承等才能将运动加载到待测试材料上，但是传动的零件如丝杠和轴承可能有轴向游隙等本身制造精度，传动的零件之间的装配松动，以及测试时加载力时传动部件的应变等，虽然以上的这些形变比较小，但是对于刚度比较大的纤维材料，测试装置本身的细微的机械松动造成的干扰对实验结果影响是很大的。

此外，在对纤维进行拉伸测试试验前，需要对不同长度的纤维试样施加预加张力，传统拉伸测试装置通过手动调动公夹具以施加预加张力，因为凭经验调节定位公夹具的位置来施加张力，无法确定张力的具体大小，导致预加张力过大或者过小，进而影响纤维拉伸数据的准确性。

实用新型内容

鉴于现有技术的不足，本实用新型的目的在于，提供一种采用拉力传感器来反馈指导伺服电机进行精确定位施加预加张力，采用激光位移传感器直接测量纤维试样拉伸形变量的装置。本实用新型不仅有效地提高了采集纤维试样拉伸变形量的准确性，而且可以实现拉伸试验前夹具的自动定位功能，从而提高了使用的便捷性和纤维试样的安装精度。

本实用新型的技术方案如下：

一种纤维拉伸测试装置，其特征在于，包括:安装支架、设于安装支架上的加载拉力伺服电机、与安装支架相连接的丝杠总成、连接于丝杠总成的滑台上的xy轴微调平台、位于xy轴微调平台面上的拉力传感器、连接于丝杠尾部的公夹具定位伺服电机、分别用于夹持试样两端的母夹具和公夹具、激光位移传感器以及数据采集和测试系统；所述拉力传感器受拉方向上安装有用于夹持试样一端的公夹具，所述公夹具在拉伸方向上安装有激光位移传感器发射端与激光接收器，所述安装支架上的加载拉力伺服电机主轴上设有用于夹持试样另一端的母夹具，母夹具与激光位移传感器发射端相向面上设有激光位移传感器反射端，拉力传感器、公夹具、母夹具位于同一直线上且该直线与激光位移传感器发射端所发射的激光射线或激光位移传感器反射端所反射的激光射线平行；所述加载拉力伺服电机、公夹具定位伺服电机、拉力传感器以及激光位移传感器均和数据采集和测试系统相连接。

其中，所述丝杠的尾部通过联轴器和公夹具定位伺服电机的轴相连接；

其中，所述加载拉力伺服电机与其电气驱动器相连后再与PLC控制器连接，公夹具定位伺服电机与其电气驱动器相连后再与所述PLC控制器连接；

其中，所述拉力传感器与变送器相连后再与数据采集卡连接，所述激光位移传感器与所述数据采集卡连接；

本实用新型的创新点在于：

本实用新型的装置在一对夹具上安装激光位移传感器，激光位移传感器通过激光发射端发射激光脉冲到检测物，被激光反射端并返回至接收器，接收器的内部处理器计算激光脉冲遇到被检测物并返回至接收器所需的时间，以此计算出距离值。测试时，由于用于夹持试样一端的公夹具在拉伸方向上安装有激光位移传感器发射端，而用于夹持试样另一端的母夹具在与激光位移传感器发射端相向面上设有激光位移传感器反射端，所以可以实现在拉伸过程中通过激光位移传感器直接测量纤维两头夹持端的距离变化量即纤维试样的拉伸变形量，从而有效的提高了采集纤维试样拉伸变形量的准确性；

本实用新型的装置在拉伸试验前可以实现公夹具自动定位功能。因为在纤维拉伸测试试验前需要对纤维试样施加预加张力，为了拉伸的稳定性，一般施加拉力的伺服电机都固定不动，而纤维试样的长度有所不同需要调整公夹具与母夹具之间的距离，所以需要调整公夹具的位置。传统拉伸测试设备通过手动调动公夹具以施加预加张力，存着预加张力不可控、公夹具定位不准确等问题。本装置可以实现精确定位夹具起始位置，拉伸测试试验前，在测试系统内输入要给试样施加的预加张力，在拉力传感器的反馈指导下，通过公夹具定位伺服电机带动丝杠滑台，使得公夹具快速精准地定位在拉伸起始位置，本发明装置提高了使用的便捷性和纤维试样的安装精度。

相比于现有技术，本实用新型的有益效果如下：

(1)本实用新型装置在测试原理上克服了传统测试装置的缺陷，不用考虑传动部件本身带来的系统误差(如丝杠螺母传动间歇和空程差，传动部件之间连接的弹性松动等)，从而减小了系统误差，提高了测试结果的准确性。

(2)本实用新型装置在拉伸测试试验前通过在测试系统内输入预加张力值，即可实现公夹具快速精准地定位在拉伸起始位置，不仅提高了使用的便捷性也使得预加张力大小可控。

(3)本实用新型装置采用丝杠传动机构和伺服电机对试样纤维进行拉力加载和形变，采用拉力传感器和激光位移传感器来监测拉力数据和形变数据，从而实现本实用新型装置不仅可以测量纤维的拉伸力还可以测量纤维的拉伸形变量，为精确测量纤维的拉伸力和变形实验曲线奠定了基础，进而可以获得应力-应变曲线、弹性模量等相关性能参数。

附图说明

图1为本实用新型的纤维测试拉伸装置结构原理图；其中，1为加载拉力伺服电机、2为安装支架、3为母夹具、4为丝杠总成、5为公夹具、6为拉力传感器、7为xy轴微调平台、8为公夹具定位伺服电机、10为激光位移传感器发射端。

图2为本实用新型的纤维测试拉伸装置主视图；其中9为激光位移传感器反射端、10为激光位移传感器发射端。

图3为本实用新型的纤维测试拉伸装置中母夹具拉伸运动控制示意图；其中1为加载拉力伺服电机，2为安装支架、3为母夹具。

图4为本实用新型的纤维测试拉伸装置中公夹具定位控制示意图；其中，5为公夹具、6为拉力传感器、7为xy轴微调平台、8为公夹具定位伺服电机。

图5为本实用新型的纤维测试拉伸装置中丝杠总成示意图；其中，41为丝杠滑台、42为丝杠。

具体实施方式

实施例：

下面结合说明书附图1～5详细说明本实用新型：本实用新型包括试样夹具组件、位移调整机构、传感器单元、驱动单元以及数据采集与测试单元五部分。以下依次叙述各部分结构和作用：

所述试样夹具组件主要包括公夹具5与母夹具3，其中公夹具5安装于拉力传感器6受拉方向，母夹具3安装于安装支架2上的加载拉力伺服电机1主轴上。所述公夹具5与母夹具3内表层可覆盖合适材质达到加固夹持和保护试样的作用。

所述传感器单元包括激光位移传感器和拉力传感器6；拉力传感器6安装于xy轴微调平台7面上，激光位移传感器发射端10安装于公夹具5拉伸方向，安装支架2上的加载拉力伺服电机1主轴上设有用于夹持试样另一端的母夹具3，激光位移传感器反射端9安装于母夹具3拉伸方向且与激光位移传感器发射端10成直线。

所述驱动单元包括母夹具拉伸运动控制组件与公夹具定位控制组件；其中，母夹具拉伸运动控制组件包括加载拉力伺服电机1，安装支架2与母夹具3；公夹具定位控制组件包括公夹具5、拉力传感器6、xy轴微调平台7、公夹具定位伺服电机8以及丝杠总成4。

位移调整机构主要为xy轴微调平台7，将纤维试样的两端分别用公夹具5和母夹具3固定后，通过旋转xy轴微调平移台7的x轴旋钮和y轴旋钮，可以使得公夹具5在与拉伸方向轴线垂直的二维平面内移动以对准母夹具3，使得夹持于公夹具5和母夹具3之间的纤维试样满足同轴拉伸条件。

数据采集与测试单元包括：伺服电机驱动器、PLC控制器、数据采集卡以及测试软件与 计算机系统。数据采集与测试单元的功能主要在于采集拉力传感器6和激光位移传感器的信号，控制伺服电机的行程和速度，完成数据的数字化处理与分析等从而实现测试过程中的反馈与指导。

其中，加载拉力伺服电机1与其电气驱动器相连后再与PLC控制器连接，公夹具定位伺服电机8与其电气驱动器相连后再与所述PLC控制器连接。PLC控制器发送脉冲给伺服电机驱动器，伺服电机驱动器控制伺服电机，实现伺服电机的角位移通过丝杠螺母副转换成线位移。公夹具定位控制组件中丝杠滑台41里有个螺母，螺母套在丝杠42上的，丝杠42旋转螺母就会轴向移动，然后会带动整个丝杠滑台41移动，从而实现公夹具自动定位功能；母夹具拉伸运动控制组件中将丝杠螺母和伺服电机做成一个整体从而实现母夹具的拉伸功能。

其中，拉力传感器6和变送器相连接，拉力传感器6受力后输出毫伏级电压，经过变送器放大电压信号，变送器再与数据采集卡，激光位移传感器与数据采集卡相连接，激光位移传感器输出脉冲，数据采集卡可以记录脉冲数以确定距离。

本实用新型装置测试过程如下：

(1)试样的夹持与调整:按照测量要求，取一定长度的纤维固定于公夹具5和母夹具3之间并使得纤维试样呈松弛状态，之后通过旋转xy轴微调平移台7的x轴旋钮和y轴旋钮使得夹持于公夹具5和母夹具3之间的纤维试样满足同轴拉伸条件；

(2)施加预加张力：进入程序软件的纤维拉伸测试系统界面，依次设定加载速度、曲线类型以及试样参数，输入预加张力值，在拉力传感器6反馈下，公夹具定位伺服电机8接收一定的驱动脉冲，将公夹具定位伺服电机8的转动通过联轴器和滚珠丝杠42转化为丝杠滑台41沿着拉伸轴线方向上的位移，实现公夹具5的特定起始拉力要求的定位；

(3)测试：进入控制系统开始测试，母夹具拉伸运动控制组件中加载拉力伺服电机1通过伺服电机驱动器的控制进行拉伸实验，同时采集拉力传感器6和激光位移传感器的数据，通过通讯接口输入测试软件实现数据的处理与分析，从而得到拉伸力和变形实验曲线、应力-应变曲线、弹性模量等相关性能参数。

以上结合附图对本发明的实施例进行了阐述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (4)

1.一种纤维拉伸测试装置，其特征在于，包括:安装支架(2)、设于安装支架(2)上的加载拉力伺服电机(1)、与安装支架(2)相连接的丝杠总成(4)、连接于丝杠总成(4)的滑台上的xy轴微调平台(7)、位于xy轴微调平台(7)面上的拉力传感器(6)、连接于丝杠(42)尾部的公夹具定位伺服电机(8)、分别用于夹持试样两端的母夹具(3)和公夹具(5)、激光位移传感器以及数据采集和测试系统；所述拉力传感器(6)受拉方向上安装有公夹具(5)，所述公夹具(5)在拉伸方向上安装有激光位移传感器发射端(10)与激光接收器，所述安装支架(2)上的加载拉力伺服电机(1)主轴上设有母夹具(3)，所述母夹具(3)与激光位移传感器发射端(9)相向面上设有激光位移传感器反射端(9)，拉力传感器(6)、公夹具(5)、母夹具(3)位于同一直线上且该直线与激光位移传感器发射端(10)所发射的激光射线或激光位移传感器反射端(9)所反射的激光射线平行；所述加载拉力伺服电机(1)、公夹具定位伺服电机(8)、拉力传感器(6)以及激光位移传感器均和数据采集和测试系统相连接。

2.根据权利要求1所述的纤维拉伸测试装置，其特征在于，所述丝杠(42)的尾部通过联轴器与公夹具定位伺服电机(8)的轴相连接。

3.根据权利要求2所述的纤维拉伸测试装置，其特征在于，所述加载拉力伺服电机(1)与其电气驱动器相连后再与PLC控制器连接，公夹具定位伺服电机(8)与其电气驱动器相连后再与所述PLC控制器连接。

4.根据权利要求3所述的纤维拉伸测试装置，其特征在于，所述拉力传感器(6)与变送器相连后再与数据采集卡连接，所述激光位移传感器与所述数据采集卡连接。