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原文传递超声辅助仪器化压痕试验机及试验方法

专利名称：	超声辅助仪器化压痕试验机及试验方法
摘要：	本发明提供了一种超声辅助仪器化压痕试验机及试验方法，包括：力值监测系统，设有安装在基座上的力传感器；夹具基座系统，由电控滑轨和夹具组成，电控滑轨装接于力传感器上，夹具滑动安装在电控滑轨上用于承载被测试件；升降装置，安装在基座上；超声振动装置，安装在升降装置上，包括超声振动发生器以及超声变幅杆，超声变幅杆装接于超声振动发生器上，超声变幅杆位于电控滑轨的正上方；位移检测系统设有位于固定槽中的激光位移传感器；数字显微镜系统，设有显微镜可上下滑动的安装在一显微镜支架上；信号采集及处理系统，与力值监测系统、位移检测系统和数字显微镜系统相连。本发明设备结构简单，测试精度高，操作简单方便，使用维护成本低廉。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	上海;31
申请人：	上海交通大学
发明人：	李宇罡;连国辉;陈东;夏存娟;李险峰;汪明亮;王浩伟
专利状态：	有效
申请日期：	2019-01-07T00:00:00+0800
发布日期：	2019-05-10T00:00:00+0800
申请号：	CN201910012421.9
公开号：	CN109738315A
代理机构：	上海伯瑞杰知识产权代理有限公司
代理人：	王一琦
分类号：	G01N3/46(2006.01);G;G01;G01N;G01N3
申请人地址：	200240 上海市闵行区东川路800号
主权项：	1.一种超声辅助仪器化压痕试验机，其特征在于，包括：基座(1)；力值监测系统，该力值监测系统设有一安装在基座(1)上的力传感器(6)；夹具基座系统，由电控滑轨(5)和夹具(16)组成，电控滑轨(5)装接于力传感器(6)上，夹具(16)滑动安装在电控滑轨(5)上，且夹具(16)上面设有用于承载被测试件(8)的固定槽；升降装置，安装在基座(1)上；超声振动装置，安装在升降装置上，所述超声振动装置包括超声振动发生器(3)以及超声变幅杆(4)，超声变幅杆(4)装接于超声振动发生器(3)上，超声变幅杆(4)端部的压头(7)位于电控滑轨(5)的正上方；位移检测系统，该位移检测系统设有位于固定槽中的激光位移传感器(15)；数字显微镜系统，该数字显微镜系统设有显微镜(14)，显微镜(14)可上下滑动的安装在一显微镜支架(17)上；信号采集及处理系统，与力值监测系统、位移检测系统和数字显微镜系统相连。 2.如权利要求1所述的超声辅助仪器化压痕试验机，其特征在于，所述被测试件(8)为圆柱体，被测表面与圆柱面垂直度公差不大于3’，被测表面粗糙度不大于Ra0.05μm。 3.如权利要求1所述的超声辅助仪器化压痕试验机，其特征在于，所述力传感器(6)的性能参数为：测力范围-5KN～5KN，测力精度优于0.1N，可同时监测六个力分量，采样频率高于200KHz；所述激光位移传感器(15)的位移检测精度优于0.01μm，最大采样频率高于200KHz；所述数字显微镜(14)的性能参数为：分辨率810×600～2048×1536，放大倍数10～5000倍。 4.如权利要求1所述的超声辅助仪器化压痕试验机，其特征在于，所述超声振动发生器(3)的性能参数为：振动频率15～45KHz，振幅范围0～22μm。 5.如权利要求1所述的超声辅助仪器化压痕试验机，其特征在于，通过计算机(11)控制电控滑轨(5)实现夹具(16)的前后和左右水平移动，全行程定位精度及重复定位精度优于0.05μm。 6.如权利要求1所述的超声辅助仪器化压痕试验机，其特征在于，升降装置为螺旋丝杠副机构，包括：电动马达(9)，安装在基座(1)内；丝杠(10)，竖直安装在基座(1)上并与电动马达(9)配合；横梁(2)，横梁(2)设置有螺纹孔并与丝杠(10)配合连接，超声振动装置安装在该横梁(2)上。 7.如权利要求6所述的超声辅助仪器化压痕试验机，其特征在于，所述横梁(2)及显微镜支架(17)上、下移动的位置精度优于0.01μm，位置重复精度优于0.01μm；横梁(2)、超声振动发生器(3)、超声变幅杆(4)、压头(7)、被测试件(8)及力传感器(6)组成的整体在横梁(2)全行程内的同轴度优于1:0.001。 8.如权利要求1所述的超声辅助仪器化压痕试验机，其特征在于，所述力值监测系统还包括电荷放大器和数据采集卡，该电荷放大器信号连接力传感器(6)，数据采集卡信号连接电荷放大器。 9.一种采用权利要求1-8任意一所述的超声辅助仪器化压痕试验机的试验方法，其特征在于，包括如下步骤： S1、将被测试件(8)嵌于夹具(16)的固定槽中； S2、将夹具(16)滑动至显微镜(14)的正下方； S3、通过显微镜支架调整数字显微镜(14)位置，在被测试试件(8)的被测表面上对焦，并依次确定被测位置； S4、将夹具(16)滑动至超声变幅杆(4)端部的压头(7)正下方； S5、通过力值监测系统和位移检测系统监测被测试件(8)上的力值和应变值； S6、启动升降装置，升降装置带动不断振动的超声振动装置匀速下移，实现被测试件(8)的超声振动辅助仪器化压痕测试加载； S7、通过力值监测系统和位移监测系统获得被测试件(8)超声辅助仪器化压痕过程中的力和位移数据； S8、启动升降装置，升降装置带动不断振动的超声振动装置匀速上移，实现被测试件(8)的超声振动辅助仪器化压痕测试卸载； S9、将夹具滑动至显微镜的正下方，观测压痕形貌并测量压痕尺寸。 10.如权利要求9所述的试验方法，其特征在于，在步骤S6中，升降装置带动超声振动以0.1mm/min的速度匀速下移并叠加振动频率20KHz、振幅10μm的超声振动，实现被测试件(8)的超声振动辅助仪器化压痕测试加载；以及在步骤S8中，升降装置带动超声振动以0.1mm/min的速度匀速上移并叠加振动频率20KHz、振幅10μm的超声振动，实现被测试件(8)的超声振动辅助仪器化压痕测试卸载。
所属类别：	发明专利