一種纖維拉伸測試裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開一種纖維拉伸測試裝置，屬于纖維拉伸測試技術(shù)領(lǐng)域。本實用新型包括:安裝支架(2)、設(shè)于安裝支架(2)上的加載拉力伺服電機(1)、與安裝支架(2)相連接的絲杠總成(4)、連接于絲杠總成(4)的滑臺上的xy軸微調(diào)平臺(7)、位于xy軸微調(diào)平臺(7)面上的拉力傳感器(6)、連接于絲杠(41)尾部的公夾具定位伺服電機(8)、分別用于夾持試樣兩端的母夾具(3)和公夾具(5)、激光位移傳感器以及數(shù)據(jù)采集和測試系統(tǒng)。本實用新型采用拉力傳感器(6)來反饋指導加載拉力伺服電機(1)進行精確定位施加預加張力，采用激光位移傳感器直接測量纖維試樣拉伸形變量，不僅有效地提高了采集纖維試樣拉伸變形量的準確性，而且可以實現(xiàn)拉伸試驗前夾具自動定位功能，從而提高了使用的便捷性和纖維試樣的安裝精度。
【專利說明】
一種纖維拉伸測試裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型屬于纖維拉伸測試技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種纖維拉伸測試的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]目前有的纖維材料應力特性測試臺種類較多，我們發(fā)現(xiàn)其測量拉伸位移時一般都以伺服裝置如伺服電機接受的轉(zhuǎn)動脈沖數(shù)量為位移數(shù)值。然而考慮到測試臺的機械傳動機構(gòu)，即伺服電機還要通過絲杠、軸承等才能將運動加載到待測試材料上，但是傳動的零件如絲杠和軸承可能有軸向游隙等本身制造精度，傳動的零件之間的裝配松動，以及測試時加載力時傳動部件的應變等，雖然以上的這些形變比較小，但是對于剛度比較大的纖維材料，測試裝置本身的細微的機械松動造成的干擾對實驗結(jié)果影響是很大的。
[0003]此外，在對纖維進行拉伸測試試驗前，需要對不同長度的纖維試樣施加預加張力，傳統(tǒng)拉伸測試裝置通過手動調(diào)動公夾具以施加預加張力，因為憑經(jīng)驗調(diào)節(jié)定位公夾具的位置來施加張力，無法確定張力的具體大小，導致預加張力過大或者過小，進而影響纖維拉伸數(shù)據(jù)的準確性。
【實用新型內(nèi)容】
[0004]鑒于現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實用新型的目的在于，提供一種采用拉力傳感器來反饋指導伺服電機進行精確定位施加預加張力，采用激光位移傳感器直接測量纖維試樣拉伸形變量的裝置。本實用新型不僅有效地提高了采集纖維試樣拉伸變形量的準確性，而且可以實現(xiàn)拉伸試驗前夾具的自動定位功能，從而提高了使用的便捷性和纖維試樣的安裝精度。
[0005]本實用新型的技術(shù)方案如下:
[0006]—種纖維拉伸測試裝置，其特征在于，包括:安裝支架、設(shè)于安裝支架上的加載拉力伺服電機、與安裝支架相連接的絲杠總成、連接于絲杠總成的滑臺上的Xy軸微調(diào)平臺、位于Xy軸微調(diào)平臺面上的拉力傳感器、連接于絲杠尾部的公夾具定位伺服電機、分別用于夾持試樣兩端的母夾具和公夾具、激光位移傳感器以及數(shù)據(jù)采集和測試系統(tǒng);所述拉力傳感器受拉方向上安裝有用于夾持試樣一端的公夾具，所述公夾具在拉伸方向上安裝有激光位移傳感器發(fā)射端與激光接收器，所述安裝支架上的加載拉力伺服電機主軸上設(shè)有用于夾持試樣另一端的母夾具，母夾具與激光位移傳感器發(fā)射端相向面上設(shè)有激光位移傳感器反射端，拉力傳感器、公夾具、母夾具位于同一直線上且該直線與激光位移傳感器發(fā)射端所發(fā)射的激光射線或激光位移傳感器反射端所反射的激光射線平行;所述加載拉力伺服電機、公夾具定位伺服電機、拉力傳感器以及激光位移傳感器均和數(shù)據(jù)采集和測試系統(tǒng)相連接。
[0007]其中，所述絲杠的尾部通過聯(lián)軸器和公夾具定位伺服電機的軸相連接；
[0008]其中，所述加載拉力伺服電機與其電氣驅(qū)動器相連后再與PLC控制器連接，公夾具定位伺服電機與其電氣驅(qū)動器相連后再與所述PLC控制器連接；
[0009]其中，所述拉力傳感器與變送器相連后再與數(shù)據(jù)采集卡連接，所述激光位移傳感器與所述數(shù)據(jù)采集卡連接；
[0010]本實用新型的創(chuàng)新點在于:
[0011]本實用新型的裝置在一對夾具上安裝激光位移傳感器，激光位移傳感器通過激光發(fā)射端發(fā)射激光脈沖到檢測物，被激光反射端并返回至接收器，接收器的內(nèi)部處理器計算激光脈沖遇到被檢測物并返回至接收器所需的時間，以此計算出距離值。測試時，由于用于夾持試樣一端的公夾具在拉伸方向上安裝有激光位移傳感器發(fā)射端，而用于夾持試樣另一端的母夾具在與激光位移傳感器發(fā)射端相向面上設(shè)有激光位移傳感器反射端，所以可以實現(xiàn)在拉伸過程中通過激光位移傳感器直接測量纖維兩頭夾持端的距離變化量即纖維試樣的拉伸變形量，從而有效的提高了采集纖維試樣拉伸變形量的準確性；
[0012]本實用新型的裝置在拉伸試驗前可以實現(xiàn)公夾具自動定位功能。因為在纖維拉伸測試試驗前需要對纖維試樣施加預加張力，為了拉伸的穩(wěn)定性，一般施加拉力的伺服電機都固定不動，而纖維試樣的長度有所不同需要調(diào)整公夾具與母夾具之間的距離，所以需要調(diào)整公夾具的位置。傳統(tǒng)拉伸測試設(shè)備通過手動調(diào)動公夾具以施加預加張力，存著預加張力不可控、公夾具定位不準確等問題。本裝置可以實現(xiàn)精確定位夾具起始位置，拉伸測試試驗前，在測試系統(tǒng)內(nèi)輸入要給試樣施加的預加張力，在拉力傳感器的反饋指導下，通過公夾具定位伺服電機帶動絲杠滑臺，使得公夾具快速精準地定位在拉伸起始位置，本發(fā)明裝置提高了使用的便捷性和纖維試樣的安裝精度。
[0013]相比于現(xiàn)有技術(shù)，本實用新型的有益效果如下:
[0014](I)本實用新型裝置在測試原理上克服了傳統(tǒng)測試裝置的缺陷，不用考慮傳動部件本身帶來的系統(tǒng)誤差(如絲杠螺母傳動間歇和空程差，傳動部件之間連接的彈性松動等)，從而減小了系統(tǒng)誤差，提高了測試結(jié)果的準確性。
[0015](2)本實用新型裝置在拉伸測試試驗前通過在測試系統(tǒng)內(nèi)輸入預加張力值，即可實現(xiàn)公夾具快速精準地定位在拉伸起始位置，不僅提高了使用的便捷性也使得預加張力大小可控。
[0016](3)本實用新型裝置采用絲杠傳動機構(gòu)和伺服電機對試樣纖維進行拉力加載和形變，采用拉力傳感器和激光位移傳感器來監(jiān)測拉力數(shù)據(jù)和形變數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)本實用新型裝置不僅可以測量纖維的拉伸力還可以測量纖維的拉伸形變量，為精確測量纖維的拉伸力和變形實驗曲線奠定了基礎(chǔ)，進而可以獲得應力-應變曲線、彈性模量等相關(guān)性能參數(shù)。
【附圖說明】
[0017]圖1為本實用新型的纖維測試拉伸裝置結(jié)構(gòu)原理圖；其中，I為加載拉力伺服電機、2為安裝支架、3為母夾具、4為絲杠總成、5為公夾具、6為拉力傳感器、7為xy軸微調(diào)平臺、8為公夾具定位伺服電機、10為激光位移傳感器發(fā)射端。
[0018]圖2為本實用新型的纖維測試拉伸裝置主視圖；其中9為激光位移傳感器反射端、10為激光位移傳感器發(fā)射端。
[0019]圖3為本實用新型的纖維測試拉伸裝置中母夾具拉伸運動控制示意圖；其中I為加載拉力伺服電機，2為安裝支架、3為母夾具。
[0020]圖4為本實用新型的纖維測試拉伸裝置中公夾具定位控制示意圖；其中，5為公夾具、6為拉力傳感器、7為xy軸微調(diào)平臺、8為公夾具定位伺服電機。
[0021]圖5為本實用新型的纖維測試拉伸裝置中絲杠總成示意圖；其中，41為絲杠滑臺、42為絲杠。
【具體實施方式】
[0022]實施例:
[0023]下面結(jié)合說明書附圖1?5詳細說明本實用新型:本實用新型包括試樣夾具組件、位移調(diào)整機構(gòu)、傳感器單元、驅(qū)動單元以及數(shù)據(jù)采集與測試單元五部分。以下依次敘述各部分結(jié)構(gòu)和作用:
[0024]所述試樣夾具組件主要包括公夾具5與母夾具3，其中公夾具5安裝于拉力傳感器6受拉方向，母夾具3安裝于安裝支架2上的加載拉力伺服電機I主軸上。所述公夾具5與母夾具3內(nèi)表層可覆蓋合適材質(zhì)達到加固夾持和保護試樣的作用。
[0025]所述傳感器單元包括激光位移傳感器和拉力傳感器6;拉力傳感器6安裝于xy軸微調(diào)平臺7面上，激光位移傳感器發(fā)射端10安裝于公夾具5拉伸方向，安裝支架2上的加載拉力伺服電機I主軸上設(shè)有用于夾持試樣另一端的母夾具3，激光位移傳感器反射端9安裝于母夾具3拉伸方向且與激光位移傳感器發(fā)射端10成直線。
[0026]所述驅(qū)動單元包括母夾具拉伸運動控制組件與公夾具定位控制組件;其中，母夾具拉伸運動控制組件包括加載拉力伺服電機I，安裝支架2與母夾具3;公夾具定位控制組件包括公夾具5、拉力傳感器6、xy軸微調(diào)平臺7、公夾具定位伺服電機8以及絲杠總成4。
[0027]位移調(diào)整機構(gòu)主要為xy軸微調(diào)平臺7，將纖維試樣的兩端分別用公夾具5和母夾具3固定后，通過旋轉(zhuǎn)xy軸微調(diào)平移臺7的X軸旋鈕和y軸旋鈕，可以使得公夾具5在與拉伸方向軸線垂直的二維平面內(nèi)移動以對準母夾具3，使得夾持于公夾具5和母夾具3之間的纖維試樣滿足同軸拉伸條件。
[0028]數(shù)據(jù)采集與測試單元包括:伺服電機驅(qū)動器、PLC控制器、數(shù)據(jù)采集卡以及測試軟件與計算機系統(tǒng)。數(shù)據(jù)采集與測試單元的功能主要在于采集拉力傳感器6和激光位移傳感器的信號，控制伺服電機的行程和速度，完成數(shù)據(jù)的數(shù)字化處理與分析等從而實現(xiàn)測試過程中的反饋與指導。
[0029]其中，加載拉力伺服電機I與其電氣驅(qū)動器相連后再與PLC控制器連接，公夾具定位伺服電機8與其電氣驅(qū)動器相連后再與所述PLC控制器連接。PLC控制器發(fā)送脈沖給伺服電機驅(qū)動器，伺服電機驅(qū)動器控制伺服電機，實現(xiàn)伺服電機的角位移通過絲杠螺母副轉(zhuǎn)換成線位移。公夾具定位控制組件中絲杠滑臺41里有個螺母，螺母套在絲杠42上的，絲杠42旋轉(zhuǎn)螺母就會軸向移動，然后會帶動整個絲杠滑臺41移動，從而實現(xiàn)公夾具自動定位功能;母夾具拉伸運動控制組件中將絲杠螺母和伺服電機做成一個整體從而實現(xiàn)母夾具的拉伸功會K。
[0030]其中，拉力傳感器6和變送器相連接，拉力傳感器6受力后輸出毫伏級電壓，經(jīng)過變送器放大電壓信號，變送器再與數(shù)據(jù)采集卡，激光位移傳感器與數(shù)據(jù)采集卡相連接，激光位移傳感器輸出脈沖，數(shù)據(jù)采集卡可以記錄脈沖數(shù)以確定距離。
[0031 ]本實用新型裝置測試過程如下:
[0032](I)試樣的夾持與調(diào)整:按照測量要求，取一定長度的纖維固定于公夾具5和母夾具3之間并使得纖維試樣呈松弛狀態(tài)，之后通過旋轉(zhuǎn)xy軸微調(diào)平移臺7的X軸旋鈕和y軸旋鈕使得夾持于公夾具5和母夾具3之間的纖維試樣滿足同軸拉伸條件；
[0033](2)施加預加張力:進入程序軟件的纖維拉伸測試系統(tǒng)界面，依次設(shè)定加載速度、曲線類型以及試樣參數(shù)，輸入預加張力值，在拉力傳感器6反饋下，公夾具定位伺服電機8接收一定的驅(qū)動脈沖，將公夾具定位伺服電機8的轉(zhuǎn)動通過聯(lián)軸器和滾珠絲杠42轉(zhuǎn)化為絲杠滑臺41沿著拉伸軸線方向上的位移，實現(xiàn)公夾具5的特定起始拉力要求的定位；
[0034](3)測試:進入控制系統(tǒng)開始測試，母夾具拉伸運動控制組件中加載拉力伺服電機I通過伺服電機驅(qū)動器的控制進行拉伸實驗，同時采集拉力傳感器6和激光位移傳感器的數(shù)據(jù)，通過通訊接口輸入測試軟件實現(xiàn)數(shù)據(jù)的處理與分析，從而得到拉伸力和變形實驗曲線、應力-應變曲線、彈性模量等相關(guān)性能參數(shù)。
[0035]以上結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例進行了闡述，但是本發(fā)明并不局限于上述的【具體實施方式】，上述【具體實施方式】僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨和權(quán)利要求所保護的范圍情況下，還可做出很多形式，這些均屬于本發(fā)明的保護之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種纖維拉伸測試裝置，其特征在于，包括:安裝支架(2)、設(shè)于安裝支架(2)上的加載拉力伺服電機(1)、與安裝支架(2)相連接的絲杠總成(4)、連接于絲杠總成(4)的滑臺上的xy軸微調(diào)平臺(7)、位于xy軸微調(diào)平臺(7)面上的拉力傳感器(6)、連接于絲杠(42)尾部的公夾具定位伺服電機(8)、分別用于夾持試樣兩端的母夾具(3)和公夾具(5)、激光位移傳感器以及數(shù)據(jù)采集和測試系統(tǒng);所述拉力傳感器(6)受拉方向上安裝有公夾具(5)，所述公夾具(5)在拉伸方向上安裝有激光位移傳感器發(fā)射端(10)與激光接收器，所述安裝支架(2)上的加載拉力伺服電機(I)主軸上設(shè)有母夾具(3)，所述母夾具(3)與激光位移傳感器發(fā)射端(9)相向面上設(shè)有激光位移傳感器反射端(9)，拉力傳感器(6)、公夾具(5)、母夾具(3)位于同一直線上且該直線與激光位移傳感器發(fā)射端(10)所發(fā)射的激光射線或激光位移傳感器反射端(9)所反射的激光射線平行;所述加載拉力伺服電機(I)、公夾具定位伺服電機(8)、拉力傳感器(6)以及激光位移傳感器均和數(shù)據(jù)采集和測試系統(tǒng)相連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的纖維拉伸測試裝置，其特征在于，所述絲杠(42)的尾部通過聯(lián)軸器與公夾具定位伺服電機(8)的軸相連接。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的纖維拉伸測試裝置，其特征在于，所述加載拉力伺服電機(I)與其電氣驅(qū)動器相連后再與PLC控制器連接，公夾具定位伺服電機(8)與其電氣驅(qū)動器相連后再與所述PLC控制器連接。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的纖維拉伸測試裝置，其特征在于，所述拉力傳感器(6)與變送器相連后再與數(shù)據(jù)采集卡連接，所述激光位移傳感器與所述數(shù)據(jù)采集卡連接。
【文檔編號】G01N3/08GK205656070SQ201620273937
【公開日】2016年10月19日
【申請日】2016年4月5日 公開號201620273937.0, CN 201620273937, CN 205656070 U, CN 205656070U, CN-U-205656070, CN201620273937, CN201620273937.0, CN205656070 U, CN205656070U
【發(fā)明人】侯進, 王少哲, 劉宇杰, 張旭, 黨少林
【申請人】西南交通大學