多功能薄膜鍍層劃痕試驗(yàn)裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種多功能薄膜鍍層劃痕試驗(yàn)系統(tǒng)，包括計(jì)算機(jī)控制裝置、底座、支架、載荷施加裝置、攝像裝置、載物臺(tái)以及開關(guān)；其中，支架的一端和載物臺(tái)設(shè)置在底座上；載荷施加裝置和攝像裝置與支架的另一端相連且電氣連接計(jì)算機(jī)控制裝置；開關(guān)設(shè)置在底座的側(cè)面上。還包括聲發(fā)射裝置，聲發(fā)射裝置設(shè)置在底座內(nèi)部且電氣連接計(jì)算機(jī)控制裝置，聲發(fā)射裝置用于發(fā)射和采集聲波信號(hào)。本發(fā)明能夠在薄膜鍍層施加載荷過程中，同時(shí)監(jiān)測(cè)聲發(fā)射信號(hào)、摩擦力大小，以及已劃痕試樣的表面特征。做到將聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)、摩擦力判別方法以及顯微圖像識(shí)別方法的同步綜合應(yīng)用，更加準(zhǔn)確地判別薄膜鍍層的破壞點(diǎn)以及破壞載荷。
【專利說明】多功能薄膜鍍層劃痕試驗(yàn)裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及聲發(fā)射技術(shù)檢測(cè)、圖像處理和加載力學(xué)測(cè)試領(lǐng)域，具體地，涉及一種多功能薄膜鍍層劃痕試驗(yàn)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]鍍層和薄膜是工程材料和結(jié)構(gòu)中普遍使用的表面處理技術(shù)，而耐磨、防腐等特性是各種功能鍍層和薄膜廣泛應(yīng)用的基礎(chǔ)。鍍層的附著強(qiáng)度成為相關(guān)產(chǎn)品檢驗(yàn)和性能驗(yàn)收的一個(gè)重要問題。鍍層附著強(qiáng)度的檢驗(yàn)方法有很多種，其中劃痕試驗(yàn)法是目前最常用、最穩(wěn)定的一種方法。劃痕試驗(yàn)是使用具有光滑圓錐頂尖的壓頭在逐漸增加載荷作用下刻劃鍍層表面，直至鍍層破壞時(shí)確定所施加的載荷為臨界載荷，并以此作為鍍層與基體附著強(qiáng)度的度量。通常劃痕試驗(yàn)運(yùn)用聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)、摩擦力檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行檢測(cè)。聲發(fā)射技術(shù)主要適用于較厚或硬質(zhì)鍍層的檢測(cè)，當(dāng)劃針將鍍層劃破時(shí)會(huì)發(fā)出微弱的聲信號(hào)，此時(shí)加載即為鍍層的臨界載荷。摩擦力檢測(cè)適用于較軟較薄鍍層，利用鍍層與基底的摩擦系數(shù)差別較大的材料測(cè)試，劃針將鍍層劃破時(shí)，摩擦力將發(fā)生較大變化，摩擦力曲線由此也會(huì)隨即發(fā)生變化，以此判定鍍層的臨界載荷。當(dāng)鍍層較厚或較難測(cè)量時(shí)，也可采用靜壓測(cè)量方法或恒載荷測(cè)量方法。但是在實(shí)際測(cè)量過程中，由于薄膜與基體之間的特性差異，有時(shí)會(huì)直接影響對(duì)測(cè)試試驗(yàn)結(jié)果的判定，導(dǎo)致由聲發(fā)射技術(shù)和摩擦力方法測(cè)試的結(jié)果出現(xiàn)較大的差異。如對(duì)于多層界面材料，由于層與層之間的界面結(jié)合并不總是大于膜基界面，因此在劃痕實(shí)驗(yàn)中常常出現(xiàn)聲發(fā)射異?，F(xiàn)象，甚至有時(shí)出現(xiàn)的強(qiáng)發(fā)射信號(hào)并不一定判定為臨界載荷點(diǎn)。而摩擦力判定方法也存在一定的適用范圍和限制。因此在劃痕試驗(yàn)過程中，同時(shí)檢測(cè)聲發(fā)射信號(hào)和摩擦力斜率并輔助必要的顯微觀察是非常必要的。這樣可以大大提高劃痕儀的適用范圍和能力。
[0003]目前已有的劃痕儀裝置可分為兩種情況，一種是進(jìn)口儀器，通常功能較多，但造價(jià)昂貴，且受到商業(yè)限制一些應(yīng)用無法擴(kuò)展；另外一種多為國產(chǎn)，成本較低，功能單一或較為簡單。在國產(chǎn)劃痕儀中，有些儀器僅可單獨(dú)實(shí)現(xiàn)聲發(fā)射技術(shù)或摩擦力方法的測(cè)試。另外一些同時(shí)具備聲發(fā)射技術(shù)和摩擦力方法的測(cè)試功能，但缺少配套的顯微觀察裝置；且限于儀器的構(gòu)造原理，通常最大的劃痕長度較短(一般只有10?20mm)，無法適用于日益廣泛應(yīng)用的多性質(zhì)膜材的測(cè)量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種多功能薄膜鍍層劃痕試驗(yàn)裝置，可以實(shí)現(xiàn)聲發(fā)射信號(hào)、摩擦力，以及顯微圖像的同時(shí)測(cè)量和采集，以便可以綜合運(yùn)用這些測(cè)量手段精確地得到薄膜鍍層破壞臨界載荷值。同時(shí)利用特殊的裝置結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)較大的劃痕長度范圍，并可根據(jù)裝置特點(diǎn)拓展其應(yīng)用范圍，可實(shí)現(xiàn)載荷的靜態(tài)加載，往復(fù)載荷作用，并可拓展顯微硬度測(cè)試等功能。本發(fā)明采用特殊設(shè)計(jì)，較易制作加工，成本低廉，測(cè)試操作簡單方便。[0005]根據(jù)本發(fā)明提供的一種多功能薄膜鍍層劃痕試驗(yàn)系統(tǒng)，包括計(jì)算機(jī)控制裝置、底座、支架、載荷施加裝置、攝像裝置以及載物臺(tái)；
[0006]其中，所述支架的一端和所述載物臺(tái)設(shè)置在所述底座上；所述載荷施加裝置和所述攝像裝置均連接在所述支架的另一端且電氣連接所述計(jì)算機(jī)控制裝置。
[0007]優(yōu)選地，所述載荷施加裝置包括載荷傳感器、金剛石壓頭以及壓頭安裝桿；所述壓頭安裝桿的一端設(shè)置有所述金剛石壓頭，另一端與所述支架相連，所述載荷傳感器設(shè)置在所述壓頭安裝桿上且電氣連接在所述金剛石壓頭和所述計(jì)算機(jī)控制裝置之間，所述載荷傳感器用于隨時(shí)采集軸向載荷信號(hào)和切向載荷信號(hào)。
[0008]優(yōu)選地，還包括聲發(fā)射裝置，所述聲發(fā)射裝置設(shè)置在所述底座內(nèi)部且電氣連接所述計(jì)算機(jī)控制裝置，所述聲發(fā)射裝置用于發(fā)射和采集聲波信號(hào)。
[0009]優(yōu)選地，所述支架包括垂直相連的固定桿和橫桿，所述固定桿垂直設(shè)置在所述底座上，所述橫桿連接所述載荷施加裝置的壓頭安裝桿和所述攝像裝置；所述橫桿與所述底座之間的高度可調(diào)。
[0010]優(yōu)選地，還包括第一電機(jī)和第二電機(jī)，所述第一電機(jī)和所述第二電機(jī)設(shè)置在所述底座的內(nèi)部，所述第一電機(jī)和所述第二電機(jī)分別用于驅(qū)動(dòng)載物臺(tái)在X方向和Y方向移動(dòng)。
[0011]優(yōu)選地，還包括設(shè)置在底座的側(cè)面上的X方向速度調(diào)節(jié)旋鈕和Y方向速度調(diào)節(jié)旋鈕，所述X方向速度調(diào)節(jié)旋鈕和所述Y方向速度調(diào)節(jié)旋鈕分別電氣連接所述第一電機(jī)和所述第二電機(jī)。
[0012]優(yōu)選地，所述攝像裝置采用CXD攝像系統(tǒng)。
[0013]優(yōu)選地，還包括圖像采集卡，所述攝像裝置通過所述圖像采集卡連接所述計(jì)算機(jī)控制裝置。
[0014]優(yōu)選地,還包括第一信號(hào)放大器和第二信號(hào)放大器，所述載荷傳感器通過第一信號(hào)放大器連接所述計(jì)算機(jī)控制裝置，所述聲發(fā)射裝置通過第二信號(hào)放大器連接所述計(jì)算機(jī)控制裝置。
[0015]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果:
[0016]本發(fā)明包括載荷施加裝置、攝像裝置以及有聲發(fā)射裝置，能夠在薄膜鍍層施加載荷過程中，同時(shí)監(jiān)測(cè)聲發(fā)射信號(hào)、摩擦力大小，以及已劃痕試樣的表面特征。做到將聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)、摩擦力判別方法以及顯微圖像識(shí)別方法的同步綜合應(yīng)用，更加準(zhǔn)確地判別薄膜鍍層的破壞點(diǎn)以及破壞載荷。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]通過閱讀參照以下附圖對(duì)非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更明顯:
[0018]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。以下實(shí)施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)。這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0020]在本實(shí)施例中，如圖1所示，本發(fā)明提供的多功能薄膜鍍層劃痕試驗(yàn)系統(tǒng)包括底座11，攝像裝置，載荷施加裝置，用以固定攝像裝置和載荷施加裝置的支架12，放置和固定被測(cè)物品的載物臺(tái)13和計(jì)算機(jī)控制裝置14。載物臺(tái)13設(shè)置在底座11的上側(cè)。所述支架12的一端設(shè)置在所述底座上，另一端連接所述載荷施加裝置和所述攝像裝置。載荷施加裝置通過支架12安置在載物臺(tái)13的上方。所述載荷施加裝置和所述攝像裝置電氣連接所述計(jì)算機(jī)控制裝置14。在底座11的內(nèi)部有第一電機(jī)和第二電機(jī)分別用于驅(qū)動(dòng)載物臺(tái)13在X方向和Y方向移動(dòng)，X方向即底座的長度方向，Y方向即底座的寬度方向。底座前側(cè)面設(shè)置有開關(guān)31、第一電機(jī)的速度調(diào)節(jié)旋鈕和第二電機(jī)的速度調(diào)節(jié)旋鈕，第一電機(jī)的速度調(diào)節(jié)旋鈕即X方向速度調(diào)節(jié)旋鈕32，第二電機(jī)的速度調(diào)節(jié)旋鈕即Y方向速度調(diào)節(jié)旋鈕33。X方向速度調(diào)節(jié)旋鈕32和Y方向速度調(diào)節(jié)旋鈕33能夠獨(dú)立控制第一電機(jī)和第二電機(jī)的運(yùn)行速度。載荷施加裝置包括載荷傳感器22、金剛石壓頭23和壓頭安裝桿。載荷施加裝置固定在支架12的前端。其中，壓頭安裝桿的一端設(shè)置有金剛石壓頭23，另一端與支架12相連。所述載荷傳感器22設(shè)置在所述壓頭安裝桿上且電氣連接在所述金剛石壓頭23和所述計(jì)算機(jī)控制裝置14之間。所述支架包括垂直相連的固定桿和橫桿，所述固定桿垂直設(shè)置在所述底座上，所述橫桿連接所述載荷施加裝置的壓頭安裝桿和所述攝像裝置；所述橫桿與所述底座之間的高度可調(diào)。載荷傳感器22用于隨時(shí)采集軸向載荷信號(hào)和切向載荷信號(hào)，即可同時(shí)反饋切向力和軸向力。載荷傳感器22通過第一信號(hào)放大器連接所述計(jì)算機(jī)控制裝置14并隨時(shí)將信號(hào)存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)控制裝置14中。計(jì)算機(jī)控制裝置14能夠通過切向載荷信號(hào)隨時(shí)獲得摩擦力的信息并確定鍍層破壞時(shí)的最大摩擦力。軸向載荷信號(hào)用于確定施加載荷的速度，用于固定載荷施加，往復(fù)載荷，以及后續(xù)擴(kuò)展顯微硬度等功能的實(shí)現(xiàn)。所述攝像裝置采用CXD攝像系統(tǒng)21且同樣通過電纜連接到所述計(jì)算機(jī)控制裝置14。載荷施加裝置與CXD攝像系統(tǒng)21相鄰，CXD攝像系統(tǒng)21用于隨時(shí)觀測(cè)已經(jīng)出現(xiàn)劃痕的物品表面的顯微圖像。CXD攝像系統(tǒng)21通過圖像采集卡連接所述計(jì)算機(jī)控制裝置14并通過圖像采集卡將采集到圖像存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)控制裝置14的硬盤中。
[0021]此外，本發(fā)明提供的多功能薄膜鍍層劃痕試驗(yàn)系統(tǒng)還包括聲發(fā)射裝置，所述有聲發(fā)射裝置設(shè)置在所述底座11的內(nèi)部且通過第二信號(hào)放大器電氣連接所述計(jì)算機(jī)控制裝置14。所述聲發(fā)射裝置用于發(fā)射和采集聲波信號(hào)且隨時(shí)將聲發(fā)射信號(hào)采集并存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)控制裝置14中。在計(jì)算機(jī)控制裝置14中含有操作控制軟件，可直接控制第一電機(jī)和第二電機(jī)在X方向和Y方向上的速度以及用于載荷信號(hào)、聲發(fā)射信號(hào)和圖像信號(hào)的采集和參數(shù)調(diào)節(jié)。在計(jì)算機(jī)控制裝置的屏幕上可隨時(shí)顯示載荷信號(hào)、聲發(fā)射信號(hào)以及圖像隨時(shí)間變化的曲線和影像。
[0022]在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，首先將本發(fā)明提供的多功能薄膜鍍層劃痕試驗(yàn)裝置進(jìn)行預(yù)熱。其次將待測(cè)試物品放置并固定在載物臺(tái)13上，調(diào)節(jié)支架12使得金剛石壓頭23與被測(cè)物品的距離位置在IOmm以內(nèi)，調(diào)整CXD攝像系統(tǒng)21的位置，使得待測(cè)試物品在計(jì)算機(jī)控制裝置14的屏幕圖像軟件中顯示清晰。再次，通過X方向速度調(diào)節(jié)旋鈕32和Y方向速度調(diào)節(jié)旋鈕33或者計(jì)算機(jī)控制裝置14中的控制軟件選擇X方向和Y方向的行進(jìn)速度，設(shè)置載荷信號(hào)、聲發(fā)射信號(hào)以及圖像結(jié)果的相關(guān)參數(shù)和存儲(chǔ)。最后，通過控制軟件開啟試驗(yàn)，同時(shí)在屏幕上隨時(shí)觀察摩擦力信號(hào)、聲發(fā)射信號(hào)以及物品表面形貌，運(yùn)用綜合判斷給出薄膜鍍層的破壞載荷值。
[0023]本發(fā)明提供的多功能薄膜鍍層劃痕試驗(yàn)裝置可分別獨(dú)立使用聲發(fā)射檢測(cè)方法和摩擦力判別方法進(jìn)行檢測(cè)，也可同時(shí)采用聲發(fā)射檢測(cè)方法、摩擦力判別方法以及圖像法綜合評(píng)判鍍層破壞載荷。此外，通過X方向和Y方向的獨(dú)立控制調(diào)節(jié)功能，還可以實(shí)現(xiàn)靜態(tài)載荷施加，以及往復(fù)摩擦載荷的施加作用。并可以通過軟件的功能擴(kuò)展以及更換壓頭實(shí)現(xiàn)顯微精度的測(cè)量等功能。
[0024]通過以上設(shè)計(jì)，本發(fā)明提供的多功能薄膜鍍層劃痕試驗(yàn)裝置與現(xiàn)有的劃痕儀相t匕，可在薄膜鍍層施加載荷過程中，同時(shí)監(jiān)測(cè)聲發(fā)射信號(hào)、摩擦力大小，以及已劃痕試樣的表面特征。做到將聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)、摩擦力判別方法以及顯微圖像識(shí)別方法的同步綜合應(yīng)用，更加準(zhǔn)確地判別薄膜鍍層的破壞點(diǎn)以及破壞載荷。此外，載物臺(tái)在水平和豎直兩個(gè)方向上的移動(dòng)可分別進(jìn)行控制，以實(shí)現(xiàn)針對(duì)不同薄膜鍍層劃痕試驗(yàn)時(shí)不同的加載速度和試樣移動(dòng)速度的需求。而載物臺(tái)的移動(dòng)形式也大大增加了最大劃痕長度范圍。與現(xiàn)有劃痕儀比較，本發(fā)明提供的多功能薄膜鍍層劃痕試驗(yàn)裝置可將最大劃痕長度擴(kuò)展到IOOmm以上。
[0025]以上對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變形或修改，這并不影響本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容。
【權(quán)利要求】
1.一種多功能薄膜鍍層劃痕試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于，包括計(jì)算機(jī)控制裝置、底座、支架、載荷施加裝置、攝像裝置以及載物臺(tái)； 其中，所述支架的一端和所述載物臺(tái)設(shè)置在所述底座上；所述載荷施加裝置和所述攝像裝置均連接在所述支架的另一端且電氣連接所述計(jì)算機(jī)控制裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能薄膜鍍層劃痕試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于，所述載荷施加裝置包括載荷傳感器、金剛石壓頭以及壓頭安裝桿；所述壓頭安裝桿的一端設(shè)置有所述金剛石壓頭，另一端與所述支架相連，所述載荷傳感器設(shè)置在所述壓頭安裝桿上且電氣連接在所述金剛石壓頭和所述計(jì)算機(jī)控制裝置之間，所述載荷傳感器用于隨時(shí)采集軸向載荷信號(hào)和切向載荷信號(hào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的多功能薄膜鍍層劃痕試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于，還包括聲發(fā)射裝置，所述聲發(fā)射裝置設(shè)置在所述底座內(nèi)部且電氣連接所述計(jì)算機(jī)控制裝置，所述聲發(fā)射裝置用于發(fā)射和采集聲波信號(hào)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多功能薄膜鍍層劃痕試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于，所述支架包括垂直相連的固定桿和橫桿，所述固定桿垂直設(shè)置在所述底座上，所述橫桿連接所述載荷施加裝置的壓頭安裝桿和所述攝像裝置；所述橫桿與所述底座之間的高度可調(diào)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能薄膜鍍層劃痕試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于，還包括第一電機(jī)和第二電機(jī)，所述第一電機(jī)和所述第二電機(jī)設(shè)置在所述底座的內(nèi)部，所述第一電機(jī)和所述第二電機(jī)分別用于驅(qū)動(dòng)載物臺(tái)在X方向和Y方向移動(dòng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的多功能薄膜鍍層劃痕試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于，還包括設(shè)置在底座的側(cè)面上的X方向速度調(diào)節(jié)旋鈕和Y方向速度調(diào)節(jié)旋鈕，所述X方向速度調(diào)節(jié)旋鈕和所述Y方向速度調(diào)節(jié)旋鈕分別電氣連接所述第一電機(jī)和所述第二電機(jī)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能薄膜鍍層劃痕試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于，所述攝像裝置采用CXD攝像系統(tǒng)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或7所述的多功能薄膜鍍層劃痕試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于，還包括圖像采集卡，所述攝像裝置通過所述圖像采集卡連接所述計(jì)算機(jī)控制裝置。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的多功能薄膜鍍層劃痕試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于，還包括第一信號(hào)放大器和第二信號(hào)放大器，所述載荷傳感器通過第一信號(hào)放大器連接所述計(jì)算機(jī)控制裝置，所述聲發(fā)射裝置通過第二信號(hào)放大器連接所述計(jì)算機(jī)控制裝置。
【文檔編號(hào)】G01N19/04GK103940736SQ201410130119
【公開日】2014年7月23日 申請(qǐng)日期:2014年4月1日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月1日
【發(fā)明者】楊鳳鵬 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)