CN109187335B - 一种金刚石线结合剂对磨粒把持力的测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种金刚石线结合剂对磨粒把持力的测试装置，包括夹具和测力计；所述夹具上对应设置有间距可调的夹持部，所述夹持部用于嵌入待测样品上相邻两个磨粒之间的空隙中；所述测力计用于固定住待测样品，并记录拉动被夹具加持的待测样品的拉力。本发明避免了人工刮擦的力度、速度、频率以及深度对测试结果造成的影响，提高了金刚石线结合剂对磨粒把持力的测试的准确度。且本装置结构简单，操作方便，制造成本低廉，有利于推广应用。

Description

一种金刚石线结合剂对磨粒把持力的测试装置

技术领域

本发明涉及一种金刚石线结合剂对磨粒把持力的测试装置，属于超硬模具测试技术领域。

背景技术

金刚线切割技术相对于传统砂浆切割，具有切割速度快、单片损耗低、切割液更环保等优点，目前，在单晶硅领域已经得到广泛应用，预计到2018年在单晶硅领域全面取代砂浆切片技术。金刚线切割在多晶领域的应用预计到2020年切割设备大规模更新换代，将使金刚线切割成为多晶硅切片主流工艺。

金刚石线的磨粒把持力是指金刚石磨料在结合剂金属中固结的牢固程度，是表征金刚石线切割性能的重要质量指标，反映了金刚石线的使用寿命和切割断线的概率问题。2015年，由四家企业和高校共同起草了JB/T12543-2015《超硬磨料制品电镀金刚石线》标准，标准中仅给出了外观、外径极限偏差、结合剂与基线结合强度、破断拉力、金刚石磨粒分布密度、长度偏差等6个测试指标，但由于金刚石线的磨粒把持力难以进行量化的表征或测试，所以，标准中并没有给出金刚石线的磨粒把持力测试方法。

目前，国内外一般采用0.5mm钢片刮磨工作面5次,磨料不脱落即为合格。但此方法的刮擦力度、速度、角度、材料、频率以及深度难以控制，并且多次刮擦后钢片容易存在豁口，影响测试精度。所以，手工刮擦测试金刚石线的磨粒把持力的方式是不够全面和严谨的，会造成测试结果不准确，应用价值不大。

发明内容

本发明的目的是提供一种金刚石线结合剂对磨粒把持力的测试装置，用以解决现有技术测试把持力时，人工刀片刮擦的力度、速度、频率以及深度等人为因素对测试结果存在影响的问题。

为实现上述目的，本发明的方案包括：

本发明的一种金刚石线结合剂对磨粒把持力的测试装置，包括夹具和测力计；所述夹具上对应设置有间距可调的夹持部，夹持部上设有刀头；所述刀头用于嵌入待测样品上相邻两个磨粒之间的空隙中；所述测力计用于测量沿所述待测试样品的延伸方向拉动所述夹具/待测试样品时的拉力。

本发明的把持力测试装置，在测试时将刀头深入金刚石线上金刚石磨粒之间，然后使金刚石线和刀头相对运动，实时检测刀头剥落金刚石磨粒所需力的大小，从而得出结合剂对磨粒的把持力；本方法避免了人工刮擦的力度、速度、频率以及深度对测试结果造成的影响，提高了金刚石线结合剂对磨粒把持力的测试的准确度。且本装置结构简单，操作方便，制造成本低廉，有利于推广应用。

进一步的，所述夹持部通过微调螺钉与所述夹具的固定部相连。

通过微调螺丝便于调整夹持部的间隙，使夹持部嵌入待测样品上相邻两个磨粒之间的空隙更加易于操作。

进一步的，所述夹持部包括夹持件，所述刀头固定在所述夹持件上，所述夹持件与所述微调螺钉相连。

进一步的，还包括机座，所述夹具设置于所述机座上；所述测力计与拖动装置相连，所述拖动装置设置于所述机座上。

通过例如丝杆驱动的拖动装置拖动待测样品，一定程度上避免了拖拉速度、拖拉力量等人为因素的干扰。

进一步的，还包括处理器，所述处理器采集连接所述测力计。

通过处理器读取测力计示数，能够大大增加测量样本密度、数量和精确度。

进一步的，还包括伺服电机，所述伺服电机驱动连接所述拖动装置；所述处理器控制连接所述伺服电机。

通过伺服电机驱动拖动装置，克服了力量、速度、频率等人为因素对测试结果的影响，具有便捷、高效、准确的特点。

进一步的，还包括图像采集装置，所述图像采集装置用于采集所述夹持部与待测样品接触部分的放大图像。

在工业显微相机的帮助下，更容易操作夹持部，使加持部嵌入样品磨粒间隙中。

进一步的，所述机座上设有调平装置。

通过调平装置例如支撑螺栓的调节，便于找平工作台，有利于提高测量准确度。

附图说明

图1是金刚石线结合剂对磨粒的把持力测试装置示意图；

图2是金刚石线结合剂对磨粒把持力测试前示意图；

图3是金刚石线结合剂对磨粒把持力测试后示意图；

图4是测力仪拉力曲线图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。

本发明的主要构思为：通过使用刀头夹持的方式，将金刚石线夹紧，并且使刀头处于金刚石磨料颗粒之间的间隙中，通过在金刚石线的延伸方向的拉动，使刀头带动磨粒克服结合剂的把持力而脱落，根据脱落时所采集的拉力大小来估计把持力。

具体的，下面给出一种金刚石线结合剂对磨粒把持力测试装置，如图1所示，测试装置主要由机座、加紧机构、连接机构4、测力仪5、移动机构、图像采集***以及控制器8和电脑9组成。其中，机座的左、右端分别固定加紧机构和移动机构，在加紧机构的正侧45度方向设置一个图像采集***。在测量时，作为待测样品的金刚石线3穿过加紧机构通过连接机构4与测力仪5连接，测力仪5固定到移动机构的平台61上。通过移动机构拉着金刚石线3向右移动，同时测力仪5测试金刚石线3所受的拉力大小。连接机构4可以鼻形挂钩还可以是双加板压紧。

加紧机构主要由F型支架20、微调螺钉21、夹具22以及刀片23(即刀头)组成。其中，F型支架20伸出部分对应位置上设置2个通孔来固定微调螺钉21，微调螺钉21与夹具22固定，夹具22切割出一定深度的直槽，将刀片23放置到直槽内通过两个螺丝横向压紧。刀片23可以是高速钢刀片，也可以是硬质合金刀片。

移动机构主要由伺服电机65、滚珠丝杆62、联轴器64、固定架63以及平台61组成。其中，固定架63设置到机座上，伺服电机65通过联轴器64与滚珠丝杆62相连，滚珠丝杆62通过轴承设置到固定架63上，工作台61通过螺母设置到滚珠丝杆62上，同时通过滑槽与固定架63相连，由伺服电机65带动滚珠丝杆62进而带动平台61沿滑槽移动(即沿图1中方向V移动)。

图像采集***主要由CCD工业放大相机71和可调节支架72组成。

机座主要由平板10和调平装置组成，调平装置包括4个可调节支撑螺栓11，当机座1不水平时可以通过调节支撑螺栓11的高度调平。

控制器8与电脑9连接，同时控制连接测力仪5和伺服电机65。CCD工业放大相机71和控制器8相连或直接与电脑9相连。电脑用于显示出CCD工业放大相机71拍摄到的金刚石线的放大照片，便于夹具对金刚石线的夹持；另外还可以拍摄拉动前和拉动后的照片，用于对比发现金刚石磨粒脱落数量。

工作过程

本发明的金刚石线结合剂对磨粒把持力的测试方法如下：

1、采用千分尺测试金刚石线的直径D，调节微调螺钉使双刀片的间隙大于D，将金刚石线通过加紧机构连接到测力仪的左端，再将测力仪的右端固定到工作台上。

2、打开CCD工业显微镜，调整支架使CCD工业显微镜处于准焦状态，再对拉伸前的金刚石线拍照，然后在CCD工业显微镜下调节微调螺钉，使双刀片介于2颗金刚石间，同时刀片的刃口正好接触金刚石线的镀层。如图2所示，其中金刚石线3主要由基线31、结合剂32、磨粒33组成。采用千分尺和工业显微镜是为了将夹具刀头置于两个相邻的金刚石磨粒之间并夹住金刚石线，也可以采用其他可行方法实现这一目的。

3、启动伺服电机，金刚石线移动一定距离X停止，在此期间，测力仪采集到拉力信号会显示到电脑上，记录拉力信号的峰值F₁、F₂…F_n。在对比不同工艺下的线锯把持力时，移动距离X应当设置相同。

4、CCD工业显微镜再次对拉伸后的金刚石线拍照，对比拉伸前的图片，统计金刚石线的脱落的磨粒数量N(金刚石磨粒脱落数量可以通过拉动前后照片的对比人工数出，也可以基于图像处理技术获取)，再通过公式(1)计算出金刚石线结合对磨粒的把持力F_w。

本实施例中，采用了固定夹具，拉动金刚石线的测试方法，作为其他实施例，还可以采用拉动夹具，固定金刚石线的方式；本实施例中，测力计和金刚石线相连，相应的还可以使测力计和夹具相连；测力计可以被固定或被拉动，其目的是为了测出夹具刀头拨落金刚石磨粒时，夹具和金刚石线之间相对运动所需的拉力。

另外，本实施例，也可以采用其他动力机构提供拉力，甚至是由人力拉动。

下面结合实例进一步对本发明加以清楚、完整的描述。

实例1

本发明提供了一种电镀金刚石线结合剂对磨粒把持力测试方法，结合图2所示，具体实施步骤如下：

1、选取电镀结合剂金刚石线，线径为0.35mm，金刚石粒度为W45-50，金刚石磨粒分布密度为30～40颗/mm。

2、采用千分尺测试金刚石线的直径D为0.35mm，调节微调螺钉使双刀片的间隙稍大于0.35mm，将金刚石线通过加紧机构连接到测力仪的左端，再将测力仪的右端固定到工作台上。

3、打开CCD工业显微镜(即CCD工业放大相机71)，对测试前的金刚石线拍照，然后在CCD工业显微镜下调节微调螺钉，使双刀片介于2颗金刚石之间，同时刀片的刃口正好接触金刚石线的电镀层(如图2所示)。

4、启动伺服电机，金刚石线移动1mm停止，在此期间，测力仪采集到拉力信号会显示到电脑上(如图4所示)，记录拉力信号的峰值如下表所示。

序号	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
											拉力峰值F/N	9.45	10.46	8.56	11.78	9.23	10.48	10.68	11.35	9.98	8.48

5、CCD工业显微镜再次对拉伸后的金刚石线拍照(如图3所示)，对比拉伸前的图片，金刚石线的脱落的磨粒数量为10，再通过公式(1)计算出金刚石线结合对磨粒的把持力F_w。

即电镀金刚石线结合剂对磨粒的把持力为10.045N(式中，斜体N为金刚石线的脱落的磨粒数量；公式最后非斜体的N为力学单位牛顿)。

实例2

本发明提供了一种树脂金刚石线结合剂对磨粒把持力测试方法，结合图2所示，具体实施步骤如下：

1、选取树脂结合剂金刚石线，线径为0.10mm，金刚石粒度为W8-16，金刚石磨粒分布密度为35～50颗/mm。

2、采用千分尺测试金刚石线的直径D为0.10mm，调节微调螺钉使双刀片的间隙大于0.10mm，将金刚石线通过加紧机构连接到测力仪的左端，再将测力仪的右端固定到工作台上。

3、打开CCD工业显微镜，对测试前的金刚石线拍照，然后在CCD工业显微镜下调节微调螺钉，使双刀片介于2颗金刚石之间，同时刀片的刃口正好接触金刚石线的树脂结合剂层(如图2所示)。

4、启动伺服电机，金刚石线移动1mm停止，在此期间，测力仪采集到拉力信号会显示到电脑上，记录拉力信号的峰值如下表所示。

序号	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
											拉力峰值F/N	3.15	2.41	4.59	4.78	3.33	2.58	4.78	3.39	3.98	4.68

5、CCD工业显微镜再次对拉伸后的金刚石线拍照，对比拉伸前的图片，差数金刚石线的脱落的磨粒数量12，再通过公式(1)计算出金刚石线结合对磨粒的把持力F_w。

即电镀金刚石线结合剂对磨粒的把持力为3.139N(式中，斜体N为金刚石线的脱落的磨粒数量；公式最后非斜体的N为力学单位牛顿)。

本发明能够准确测试金刚石线结合剂对磨粒把持力的大小，且测试效率高，效果好，有利于控制金刚石线的质量稳定性。并且该平台结构简单，操作方便，制造成本低廉，有利于推广应用。

Claims (2)

1.一种金刚石线结合剂对磨粒把持力的测试装置，其特征在于，包括机座、夹具和测力计、拖动装置；所述夹具设置于所述机座上；所述测力计与拖动装置相连，所述拖动装置设置于所述机座上，拖动装置用于拖动待测样品；所述夹具上对应设置有间距可调的两个夹持部，夹持部上设有刀片，两个夹持部上的刀片组成间距可调的双刀片，双刀片用于夹住金刚石线；所述刀片用于嵌入待测样品上相邻两个磨粒之间的空隙中，刀片的刃口用于正好接触金刚石线的结合剂层；所述夹持部通过微调螺钉与所述夹具的固定部相连，所述夹持部包括夹持件，所述刀片固定在所述夹持件上，所述夹持件与所述微调螺钉相连；所述测力计用于测量沿所述待测样品的延伸方向拉动所述待测样品时的拉力；还包括处理器，所述处理器采集连接所述测力计；还包括伺服电机，所述伺服电机驱动连接所述拖动装置；所述处理器控制连接所述伺服电机；还包括图像采集装置，所述图像采集装置用于采集所述夹持部与待测样品接触部分的放大图像；图像采集***主要由CCD工业显微镜和可调节支架组成；

所述金刚石线结合剂对磨粒把持力的测试装置的工作过程是：

1)采用千分尺测试金刚石线的直径D，调节微调螺钉使双刀片的间隙大于D，将金刚石线通过连接机构连接到测力仪的左端，再将测力仪的右端固定到工作台上；

2)打开CCD工业显微镜，调整可调节支架使CCD工业显微镜处于准焦状态，再对拉伸前的金刚石线拍照，然后在CCD工业显微镜下调节微调螺钉，使双刀片介于2颗金刚石间，同时刀片的刃口正好接触金刚石线的结合剂层；

3)启动伺服电机，金刚石线移动一定距离X停止，在此期间，测力仪采集到拉力信号会显示到电脑上，记录拉力信号的峰值F₁、F₂…F_n；

4)CCD工业显微镜再次对拉伸后的金刚石线拍照，对比拉伸前的图片，统计金刚石线的脱落的磨粒数量N，金刚石磨粒脱落数量可以通过拉动前后照片的对比人工数出，也可以基于图像处理技术获取，再计算出金刚石线结合剂对磨粒的把持力Fw；计算Fw的公式为：

2.根据权利要求1所述的一种金刚石线结合剂对磨粒把持力的测试装置，其特征在于，所述机座上设有调平装置。

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