CN207472679U - 一种微型试样力学性能测试系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种微型试样力学性能测试系统。本系统由运动装置、力测量与采集装置、在线显微观察装置、控温装置、夹具、底座构成。本实用新型通过步进电机实现0.01mm精度的定位位移将USB数码电子显微镜安装在微型试样力学性能测试系统上，利用自带的拍照和放大功能完成在线观察和测量功能，并将图像和视频存于电脑中，实现实时观察和应变测量记录功能；可在试样下方添加加热台，通过加热片快速地把试样加热到预先设置好的温度并保温，从而完成微型试样在不同温度下的力学性能测试；最终可以测量尺寸更小或者塑性更好的试样力学性能。
Description
技术领域
本实用新型属于材料的力学性能测试领域，具体是一种涉及微型试样力学性能测试系统。
背景技术
伴随着科技的快速发展，产品微型化的趋势不可阻挡，涉及到的领域非常广泛，包括3C(Computer、Communication、Consumer Electronic)、微系统技术(MST)，微机电系统(MEMS)等领域。微型化的产品需要微型零件支持。
在诸多性能指标中，材料的力学性能是保证零件服役安全性的主要指标。零件设计时主要依据材料的屈服强度等力学性能。由于材料本征尺寸效应，使得特征尺寸小于1mm的微型金属零件力学性能不同于常规尺寸的金属零件力学性能。采用常规尺寸的材料力学性能数据设计的微型金属零件往往无法满足服役性能。因此微小载荷的拉伸、压缩性能、疲劳性能测试对于微型零件的设计至关重要。微型零件的力学性能测试一直是微成形领域关注的问题，开发多功能微型试样力学性能测试系统具有重要的现实意义。
市面上虽有数显推拉力计和底座组成的力学性能试验机，但实际使用发现其行程精度低，常常是毫米级别，不能精确控制运动速度和位移，无法满足微小试样力学性能测试要求。由于MEMS系统服役环境的温度不局限于室温，因此需要对不同温度下微型试样的力学性能进行测试。而实时观察微型试样在载荷作用下微观组织的变化情况，对于分析尺寸效应的机理是非常有用的，因此需要在线显微观察功能。但这些都是市面上数显推拉力计和底座组成的力学性能试验机所不具备的功能。
此外，美国MTI(MTI-Milliren Technologies,Inc.)公司推出了扫描电子显微镜，原子力显微镜和光显微镜配套的微型原位拉伸试验机，可完成各种材料的拉伸，压缩，弯曲和疲劳试验，可选最大载荷450N，4500N和9000N。该设备的载荷传感器精度为满量程的±0.2％，即当最大载荷450N，4500N和9000N时，测量精度为±0.9N、±9N和±18N。研究表明，很多微型试样拉断时所需要的力不到50N，甚至10N以下，该微型原位拉伸试验机载荷测量精度在测量微型试样强度时造成很大的误差。另外该微型原位拉伸试验机最小试样尺寸为2.5mm×43mm×10mm，可测量的最大应变量只有64％，无法用于尺寸更小的试样或者塑性非常好的材料拉伸性能的测量。此外该试验机价格非常昂贵，市场价格约15万元一套。
实用新型内容
本实用新型目的在于提供一种微型试样力学性能测试系统。
实现本实用新型目的提供技术方案如下：该测试系统包括：由运动装置、力测量与采集装置、在线显微观察装置、控温装置、夹具、底座构成。运动装置、力测量与采集装置、在线显微观察装置、控温装置均安装在底座上。
该系统力的测试范围为0-500N，拉压速度范围为0-0.4mm/s，位移范围为0-2000mm，定位精度0.01mm，实验温度范围-40℃-400℃，可进行不同温度下微小载荷拉伸、压缩、疲劳性能的测试，并可实时观察试样变形过程。
运动装置中，采用伺服控制的步进电机作为运动部件，测量运动过程中的位移，进而得到应变关系。
力测量与采集装置由推拉力计或者压力传感器、数据采集软件组成。
在线显微观察装置由CCD摄像机和XY轴微调器组成。CCD摄像机通过一个悬臂梁结构固定于XY轴微调器上，可在底座平面内移动位置，使得CCD镜头恰好位于试样上方。利用CCD的摄像与拍照功能来记录和观察试样的断裂过程。
所述的试样通过加热片加热。
本实用新型与现有的技术相比，其显著优点在于：1、通过步进电机实现0.01mm 精度的定位位移；2、将USB数码电子显微镜安装在微型试样力学性能测试系统上，利用自带的拍照和放大功能(含比例尺)完成在线观察和测量功能，并将图像和视频存于电脑中，实现实时观察和应变测量记录功能；3、可在试样下方添加加热台，通过加热片快速地把试样加热到预先设置好的温度并保温，从而完成微型试样在不同温度下的力学性能测试；4、最终可以测量尺寸更小或者塑性更好的试样力学性能。
附图说明
图1为本实用新型高精度微型试样力学性能测试系统平面简图。
1、底座；2、立柱；3、步进电机；4、步进电机控制器；5、计算机；6、XY轴微调器；7、智取DS2系列推拉力计软件系统；8、S-EYE软件；9、夹具；10、压力传感器； 11、导轨；12、CCD摄像机；13、采集卡。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步详细描述。
实施例1
测试系统由运动装置、力测量与采集装置、在线显微观察装置、控温装置、夹具、底座构成。运动装置、力测量与采集装置、在线显微观察装置、控温装置均安装在底座上1。
运动装置由57H7404步进电机3、步进电机控制器4、导轨11组成。导轨长500mm。
力测量与采集装置由DS2-1N的推拉力计、智取DS2系列推拉力计软件系统7、立柱2构成。最大载荷1N。
在线显微观察装置由CCD摄像机12(型号：TY-60)及其配套S-EYE软件8、XY轴微调器6组成。
智取DS2系列推拉力计软件系统7、S-EYE软件8安装于计算机5中。
立柱2使用螺栓固定于底座右下角。
夹具9一端用螺栓固定在立柱的两个方形槽内，可上下滑动。另一端通过圆螺母连接到推拉力计10。
推拉力计10下端通过紧钉螺钉固定于步进电机导轨上的推拉力计螺母联座，随步进电机的丝杠一同运动。
XY轴微调器6用螺栓固定于底座右上部分，使用叠加的XY两方向的水平导轨，其上通过四个螺栓固定一不锈钢板，在钢板中心钻孔，配合CCD摄像机的支座，使用螺栓固定，可实现X轴和Y轴的各4cm的水平移动。
CCD摄像机通过一个悬臂梁结构固定于XY轴微调器上，可在底座平面内微调。CCD摄像机的镜头可通过调整对准拉伸试样。
所用加热装置为PTC加热片，规格为60mm×40mm×7mm，额定电压220V，额定功率120W，表面温度可维持在250℃。
可使用的试样最小尺寸为0.05mm×8mm×2mm。
实施例2
测试系统由运动装置、力测量与采集装置、在线显微观察装置、控温装置、夹具、底座构成。运动装置、力测量与采集装置、在线显微观察装置、控温装置均安装在底座上1。
运动装置由110FH200-06步进电机3、步进电机控制器4、导轨11构成。导轨长2000mm。
力测量与采集装置由JLBS-M2-10KG的压力传感器10、采集卡13、智取DS2系列推拉力计软件系统7组成、立柱2构成。最大载荷100N。
在线显微观察装置由CCD摄像机12(型号：MER-500-14GC/GM)及其配套S-EYE 软件8、XY轴微调器6组成。
智取DS2系列推拉力计软件系统7、S-EYE软件8安装于计算机5中。
夹具一端用螺栓固定在立柱2的方形槽内，可上下滑动。另一端通过圆螺母连接到压力传感器10。
立柱2使用螺栓固定于底座右下角。
压力传感器10通过连接件固定在转接板。转接板通过螺栓固定在推拉力计螺母联座上。
XY轴微调器6用螺栓固定于底座右上部分，使用叠加的XY两方向的水平导轨，其上通过四个螺栓固定一不锈钢板，在钢板中心钻孔，配合CCD摄像机的支座，使用螺栓固定，可实现X轴和Y轴的各10cm的水平移动。
CCD摄像机通过一个悬臂梁结构固定于XY轴微调器上，可在底座平面内微调。CCD摄像机的镜头可通过调整对准拉伸试样。
所用加热装置为1600W云母发热芯，表面温度可维持在400℃。
可使用的试样最小尺寸为0.05mm×8mm×1mm。
实施例3
测试系统由运动装置、力测量与采集装置、在线显微观察装置、控温装置、夹具、底座构成。运动装置、力测量与采集装置、在线显微观察装置、控温装置均安装在底座上1。
运动装置由86FH22-04步进电机3、步进电机控制器4、导轨11组成。导轨长100mm。
力测量与采集装置由JLBS-M2-50KG的压力传感器10、采集卡13、智取DS2系列推拉力计软件系统7、立柱2组成。最大载荷500N。
在线显微观察装置由CCD摄像机12(型号：DFK72AUC02)及其配套S-EYE软件8、 XY轴微调器6组成。
智取DS2系列推拉力计软件系统7、S-EYE软件8安装于计算机5中。
夹具一端用螺栓固定在立柱2的方形槽内，可上下滑动。另一端通过圆螺母连接到压力传感器10。
立柱2使用螺栓固定于底座右下角。
压力传感器10通过连接件固定在转接板。转接板通过螺栓固定在推拉力计螺母联座上。
XY轴微调器6用螺栓固定于底座右上部分，使用叠加的XY两方向的水平导轨，其上通过四个螺栓固定一不锈钢板，在钢板中心钻孔，配合CCD摄像机的支座，使用螺栓固定，可实现X轴和Y轴的各10cm的水平移动。
CCD摄像机通过一个悬臂梁结构固定于XY轴微调器6上，可在底座平面内微调。CCD摄像机的镜头可通过调整对准拉伸试样。
使用液氮对试样进行冷却，表面温度可维持在-40℃。
可使用的试样最小尺寸为0.05mm×20mm×0.05m。
Claims (5)
1.一种微型试样力学性能测试系统，其特征在于：该测试系统包括，用于控制试样运动的速度和位移的运动装置步进电机；固定于步进电机导轨上的力测量与采集装置推拉力计，用于测量和采集试样拉伸时应力大小；用于实时观察试样拉伸情况的在线显微观察装置；设有用于控制试样温度的控温装置，此外该装置还设有用于固定试样的夹具及用于承载其他装置的底座。
2.根据权利要求1所述的微型试样力学性能测试系统，其特征在于：所述的运动装置采用伺服控制的57H7404步进电机。
3.根据权利要求1所述的微型试样力学性能测试系统，其特征在于：所述的力测量与采集装置采用DS2-1N的推拉力计。
4.根据权利要求1所述的微型试样力学性能测试系统，其特征在于：所述的在线显微观察装置包括CCD摄像机及其配套S-EYE软件及XY轴微调器；且CCD摄像机通过一个悬臂梁结构固定于XY轴微调器上。
5.根据权利要求1所述的微型试样力学性能测试系统，其特征在于：所述的控温装置采用120W PTC加热片或1600W云母发热芯或液氮冷却装置。
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| CN114414397A (zh) * | 2022-01-14 | 2022-04-29 | 国网内蒙古东部电力有限公司电力科学研究院 | 一种接续金具低温机械性能测试用试验箱及其测试方法 |
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