CN111624094B - 一种柔性材料的卷曲测试平台及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种柔性材料的卷曲测试平台及方法，包括：机架，滑动轴电机，卷曲轴电机，第一扭矩传感器，第二扭矩传感器，移动载台，卷曲平台，拉力传感器；滑动轴电机通过滑动轴驱动移动载台前后移动，移动载台上表面设有固定轴，固定轴固定柔性材料的一端；卷曲平台上设有卷曲轴及卷曲轴电机，卷曲轴用于固定柔性材料的另一端，卷曲轴电机对柔性材料进行卷曲；拉力传感器用于测量柔性材料的拉力；通过控制***控制滑动轴电机和卷曲轴电机的输出扭矩。本发明通过滑动轴电机和卷曲轴电机协同控制柔性材料的拉伸和卷曲，并通过拉力传感器实时测量与反馈柔性材料的拉力值，使得柔性材料拉力控制精准，测试平台具有较高的适用性。

Description

一种柔性材料的卷曲测试平台及方法

技术领域

本发明涉及柔性材料测试领域，具体涉及柔性材料测试平台。

背景技术

柔性材料具有优异的性能，能够进行翻转折叠，减小产品面积，已经广泛应用于电子产品中，比如手机柔性屏、电视柔性屏等。但是电子产品使用寿命长，质量要求高，对柔性材料的柔韧性和使用寿命要求较高，因此，柔性材料在加工生产中通常需要在给定拉力下对柔性材料的卷曲和拉伸能力进行测试。

柔性材料卷曲拉伸测试中对测试平台的拉力控制、速度控制、***监控都提出了相当高的需求，传统测试方法为单电机使柔性材料卷曲，由重物提供拉力，其调整过程繁琐，***摩擦力对柔性材料受力影响大，拉力控制不够精准，卷曲过程不够快速平稳，加减速过快时会由于挂重惯性的原因导致挂重跳动等。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种柔性材料的卷曲测试平台及方法，其解决了柔性材料卷曲拉伸测试中过程繁琐、拉力控制不精准的技术问题。

本发明的技术方案如下：

一种柔性材料的卷曲测试平台，包括：

机架，机架台面固定连接有滑动轴电机，所述滑动轴电机通过第一扭矩传感器与滑动轴连接；

移动载台，移动载台的底部与滑动轴电机的滑动轴相连接，由滑动轴电机通过滑动轴驱动所述移动载台前后移动；所述移动载台上表面设有固定轴，所述固定轴固定柔性材料的一端；

卷曲平台，滑动设置于机架台面，卷曲平台上设有卷曲轴及卷曲轴电机，所述卷曲轴相对所述固定轴平行，卷曲轴用于固定柔性材料的另一端，卷曲轴电机的输出端通过第二扭矩传感器连接卷曲轴；

拉力传感器，设置于卷曲平台远离移动载台一侧，其一端相对机架台面固定，另一端连接于卷曲平台，拉力传感器受力方向平行于移动载台移动方向；

控制***，所述控制***分别连接第一扭矩传感器、第二扭矩传感器及拉力传感器。

其中，所述固定轴或卷曲轴外轮廓为涡旋状，外轮廓的轮廓线的起点和终点在卷曲轴上形成阶梯，阶梯高度与卷曲材料的厚度相同。

其中，涡旋外轮廓的阶梯高度与卷曲材料的厚度的公差为±0.1mm。

其中，涡旋外轮廓的轮廓线为阿基米德螺线。

其中，拉力传感器另一端与卷曲平台之间连接有弹性材料。

其中，滑动轴为螺纹杆，移动载台下端侧面开有螺纹通孔，所述螺纹通孔与螺纹杆配合。

其中，移动载台上表面设置有两个第一轴座，固定轴的两端分别固定于第一轴座上；卷曲平台上设置有两个第二轴座，卷曲轴通过轴承固定于第二轴座上。

其中，一拉力传感器支架竖直设置于机架台面上，位于卷曲平台远离移动载台一侧，拉力传感器一端连接于拉力传感器支架上，另一端连接于卷曲平台。

一种柔性材料卷曲测试方法，步骤包括:

S1：设定柔性材料拉力的目标值；

S2：将柔性材料的两端分别固定于卷曲轴和固定轴；

S3：控制***控制滑动轴电机、卷曲轴电机工作，卷曲轴电机转动带动卷曲轴对柔性材料卷曲或放卷，滑动轴电机转动使卷曲轴和固定轴相对靠近或远离；

S4：拉力传感器实时测量柔性材料的拉力，并将测得拉力值反馈给控制***，控制***将拉力值与目标值比较，当拉力值偏离目标值时，控制***调整卷曲轴电机与滑动轴电机的输出扭矩差以调整施加于柔性材料的拉力；

S5：在柔性材料设定的拉力目标值下，卷曲轴电机与滑动轴电机相互配和以使卷曲轴对柔性材料反复卷曲及放卷，统计所述卷曲次数。

其中，在步骤S4中，当拉力传感器实时测得的拉力值大于目标值，则减小滑动轴电机和卷曲轴电机的输出扭矩的差；当拉力传感器实时测得的拉力值小于目标值，则增加滑动轴电机和卷曲轴电机的输出扭矩的差。

本发明具有如下有益效果：

1. 本发明所述的一种柔性材料的卷曲测试平台，通过滑动轴电机和卷曲轴电机双电机同时对柔性材料的卷曲拉伸进行控制，并设置第一扭矩传感器、第二扭矩传感器和拉力传感器对滑动轴电机和卷曲轴电机的输出扭矩进行控制与调节，进而精准控制柔性材料拉力，克服了挂重惯性的影响，拉力反应迅速，提高了测试精准性。

2.本发明所述的一种柔性材料的卷曲测试平台，涡旋状的卷曲轴使得柔性材料卷曲时可以平滑过渡，减少应力突变，以反应柔性材料真实的使用寿命。

3.本发明所述的一种柔性材料的卷曲测试平台，拉力传感器与卷曲平台之间连接有弹性材料，弹性材料对拉力传感器进行缓冲，以防止拉力传感器在拉力测量时剧烈震动，造成测量数据的不稳定。

4.本发明所述的一种柔性材料的卷曲测试平台，通过拉力传感器实时测量柔性材料的拉力，并将拉力值与目标值比较，当拉力值偏离目标值时，控制***调整卷曲轴电机与滑动轴电机的输出扭矩差以调整施加于柔性材料的拉力，通过调节电机扭矩差来控制柔性材料拉力，控制算法简单，能够保持柔性材料的拉力值为设定的目标拉力值，使得柔性材料的卷曲与拉伸控制精准。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为卷曲轴的结构示意图；

附图标记为：1-机架、2-机架台面、3-拉力传感器支架、4-拉力传感器、5-柔性材料、6-卷曲轴、7-第二轴座、8-第二扭矩传感器、9-卷曲轴电机、10-卷曲平台、11-移动载台、12-第一轴座、13-固定轴、14-移动导轨、15-滑动轴、16-第一扭矩传感器、17-滑动轴电机。

具体实施方式

以下将结合附图所示的具体实施方式对本发明进行详细描述。但这些实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。

参阅图1-2，本发明提供一种柔性材料的卷曲测试平台，包括机架1，机架台面2固定连接有滑动轴电机17，滑动轴电机17通过第一扭矩传感器16与滑动轴15连接。机架1采用铝型材拼装而成，铝型材拆装方便且能够减轻测试平台重量。第一扭矩传感器16用于测量滑动轴电机17的输出扭矩。

移动载台11的底部与滑动轴电机17的滑动轴15相连接，由滑动轴电机17通过滑动轴15驱动移动载台11沿滑动轴15前后移动。在滑动轴15的两侧设置有移动导轨14，移动载台11的底部设有凹槽或者滑轮与移动导轨14配合，使得移动载台11的移动更加平稳。在一优选的实施例中，移动导轨14设置移动载台11上，与移动导轨14配合的凹槽或滑轮设置在机架台面2上。滑动轴电机17作为动力元件，通过滑动轴15将旋转运动转化成移动载台11的直线运动。在一优选的实施案例中，滑动轴电机17与滑动轴15的组合可以替换成伸缩杆、电动推杆、液压缸、气压缸等能够实现直线运动的直线驱动元件，感知直线驱动元件输出状态的测量元件可以选择功率传感器、压力传感器、加速度传感器等测量元件。移动载台11上表面设有固定轴13，固定轴13固定柔性材料5的一端。为了使柔性材料5稳固地固定在固定轴13上，柔性材料5与固定轴13采用粘贴固定，柔性材料5与固定轴13也可以选用钉子、夹持、磁性压接等其他固定方式。

卷曲平台10滑动设置于机架台面2，卷曲平台10上设有卷曲轴6及卷曲轴电机9，卷曲轴6相对所述固定轴13平行，卷曲轴6用于固定柔性材料5的另一端，卷曲轴电机9的输出端通过第二扭矩传感器8连接卷曲轴6。卷曲平台10的滑动的方向与移动载台11的移动方向相同或相反。为了使卷曲平台10稳定地设置在机架台面2上并提高测试平台紧凑性，卷曲平台10与移动载台11共用移动导轨14。第二扭矩传感器8用于测量卷曲轴电机9的输出扭矩。卷曲轴电机9带动卷曲轴6旋转对柔性材料5进行卷曲。通过卷曲平台10与移动载台11的移动对柔性材料5进行卷曲和拉伸。

拉力传感器4设置于卷曲平台10远离移动载台11一侧，其一端相对机架台面2固定，另一端连接于卷曲平台10，拉力传感器4受力方向平行于移动载台11移动方向。拉力传感器4用于测量柔性材料5的拉力。拉力传感器4选用S型拉力传感器或者柱式拉力传感器。

控制***分别连接第一扭矩传感器16、第二扭矩传感器8及拉力传感器4，用于控制滑动轴电机17与卷曲轴电机9的扭矩输出。控制***可以选择PLC、计算机、微处理器或者工控机等。

在一优选的实施方式中，卷曲轴6外轮廓为涡旋状，外轮廓的轮廓线的起点和终点在卷曲轴6上形成阶梯，阶梯高度与卷曲材料的厚度相同。柔性材料5绕装固定在卷曲轴6上时，从阶梯处开始绕装，阶梯高度与卷曲材料的厚度相同，使得柔性材料5的绕装可以平滑过渡，防止柔性材料5产生局部应力突变，以反应柔性材料5的真实使用寿命。

在一优选的实施方式中，涡旋外轮廓的阶梯高度与卷曲材料的厚度的公差为±0.1mm。涡旋外轮廓的阶梯高度与卷曲材料的厚度的公差在一定范围内，使卷曲轴6保持较好的加工经济性，又不影响柔性材料5的卷曲平滑过渡。

在一优选的实施方式中，涡旋外轮廓的轮廓线为阿基米德螺线。阿基米德螺线加工工艺成熟，容易加工。在一优选的实施例中，轮廓线为帕斯卡蚶线。

在一优选的实施方式中，拉力传感器4另一端与卷曲平台10之间连接有弹性材料。弹性材料为弹簧或者橡胶，在柔性材料5拉伸时，弹性材料对拉力传感器4进行缓冲，以防止拉力传感器4剧烈震动，造成测量数据的不稳定。

在一优选的实施方式中，滑动轴15为螺纹杆，移动载台11下端侧面开有螺纹通孔，螺纹通孔与螺纹杆配合。采用螺纹通孔与螺纹杆配合的方式，使得移动载台11的移动容易控制。

在一优选的实施方式中，移动载台11上表面设置有两个第一轴座12，固定轴13的两端分别固定于第一轴座12上，通过第一轴座12使得固定轴13安装稳定，防止固定在固定轴13上的柔性材料5晃动。卷曲平台10上设置有两个第二轴座7，卷曲轴6通过轴承固定于第二轴座7上，通过第二轴座7使得卷曲轴6安装稳定，通过轴承可以使卷曲轴6在第二轴座7上顺畅的转动。

在一优选的实施方式中，一拉力传感器支架3竖直设置于机架台面2上，位于卷曲平台10远离移动载台11一侧，拉力传感器4一端连接于拉力传感器支架3上，另一端连接于卷曲平台10。拉力传感器支架3便于拉力传感器4的固定。

柔性材料卷曲测试平台的工作原理如下:

S1：设定柔性材料5拉力的目标值；

S2：将柔性材料5的两端分别固定于卷曲轴6和固定轴13；

S3：控制***控制滑动轴电机17、卷曲轴电机9工作，卷曲轴电机9转动带动卷曲轴6对柔性材料5卷曲或放卷，滑动轴电机17转动使卷曲轴6和固定轴13相对靠近或远离；

S4：拉力传感器4实时测量柔性材料5的拉力，并将测得拉力值反馈给控制***，控制***将拉力值与目标值比较，当拉力值偏离目标值时，控制***调整卷曲轴电机9与滑动轴电机17的输出扭矩差以调整施加于柔性材料5的拉力：当拉力传感器4实时测得的拉力值大于目标值，则减小滑动轴电机17或卷曲轴电机9的输出扭矩或加速度；当拉力传感器4实时测得的拉力值小于目标值，则增加滑动轴电机17或卷曲轴电机9的输出扭矩或加速度；进一步的，当拉力传感器4实时测得的拉力值大于目标值，则减小滑动轴电机17和卷曲轴电机9的输出扭矩值的差；当拉力传感器4实时测得的拉力值小于目标值，则增加滑动轴电机17和卷曲轴电机9的输出扭矩值的差；

S5：在柔性材料5设定的拉力目标值下，卷曲轴电机9与滑动轴电机17相互配和以使卷曲轴6对柔性材料5反复卷曲及放卷，统计所述卷曲次数。

应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种柔性材料的卷曲测试平台，其特征在于，包括：

机架（1），机架台面（2）固定连接有滑动轴电机（17），所述滑动轴电机（17）通过第一扭矩传感器（16）与滑动轴（15）连接；

移动载台（11），移动载台（11）的底部与滑动轴电机（17）的滑动轴（15）相连接，由滑动轴电机（17）通过滑动轴（15）驱动所述移动载台（11）前后移动；在滑动轴（15）的两侧设置有移动导轨（14），移动载台（11）的底部设有凹槽或者滑轮与移动导轨（14）配合；所述移动载台（11）上表面设有固定轴（13），所述固定轴（13）固定柔性材料（5）的一端；

卷曲平台（10），滑动设置于机架台面（2），卷曲平台（10）上设有卷曲轴（6）及卷曲轴电机（9），所述卷曲轴（6）相对所述固定轴（13）平行，卷曲轴（6）用于固定柔性材料（5）的另一端，卷曲轴电机（9）的输出端通过第二扭矩传感器（8）连接卷曲轴（6）；

拉力传感器（4），设置于卷曲平台（10）远离移动载台（11）一侧，其一端相对机架台面（2）固定，另一端连接于卷曲平台（10），拉力传感器（4）受力方向平行于移动载台（11）移动方向；

控制***，所述控制***分别连接第一扭矩传感器（16）、第二扭矩传感器（8）及拉力传感器（4）；

所述卷曲轴（6）外轮廓为涡旋状，外轮廓的轮廓线的起点和终点在卷曲轴（6）上形成阶梯，阶梯高度与卷曲材料的厚度相同；

涡旋外轮廓的阶梯高度与卷曲材料的厚度的公差为±0.1mm；

涡旋外轮廓的轮廓线为阿基米德螺线。

2.根据权利要求1所述的一种柔性材料的卷曲测试平台，其特征在于，所述拉力传感器（4）的另一端与卷曲平台（10）之间连接有弹性材料。

3.根据权利要求1所述的一种柔性材料的卷曲测试平台，其特征在于，滑动轴（15）为螺纹杆，移动载台（11）下端侧面开有螺纹通孔，所述螺纹通孔与螺纹杆配合。

4.根据权利要求1所述的一种柔性材料的卷曲测试平台，其特征在于，移动载台（11）上表面设置有两个第一轴座（12），固定轴（13）的两端分别固定于第一轴座（12）上；卷曲平台（10）上设置有两个第二轴座（7），卷曲轴（6）通过轴承固定于第二轴座（7）上。

5.根据权利要求1所述的一种柔性材料的卷曲测试平台，其特征在于，一拉力传感器支架（3）竖直设置于机架台面（2）上，位于卷曲平台（10）远离移动载台（11）一侧，拉力传感器（4）一端连接于拉力传感器支架（3）上，另一端连接于卷曲平台（10）。

6.一种采用权利要求1-5任一项所述的柔性材料卷曲测试平台的测试方法，其特征在于，包括:

S1：设定柔性材料（5）拉力的目标值；

S2：将柔性材料（5）的两端分别固定于卷曲轴（6）和固定轴（13）；

S3：控制***控制滑动轴电机（17）、卷曲轴电机（9）工作，卷曲轴电机（9）转动带动卷曲轴（6）对柔性材料（5）卷曲或放卷，滑动轴电机（17）转动使卷曲轴（6）和固定轴（13）相对靠近或远离；

S4：拉力传感器（4）实时测量柔性材料（5）的拉力，并将测得拉力值反馈给控制***，控制***将拉力值与目标值比较，当拉力值偏离目标值时，控制***调整卷曲轴电机（9）与滑动轴电机（17）的输出扭矩差以调整施加于柔性材料（5）的拉力；

S5：在柔性材料（5）设定的拉力目标值下，卷曲轴电机（9）与滑动轴电机（17）相互配合以使卷曲轴（6）对柔性材料（5）反复卷曲及放卷，统计所述卷曲次数。

7.根据权利要求6所述的一种柔性材料的卷曲测试平台的测试方法，其特征在于，在步骤S4中，当拉力传感器（4）实时测得的拉力值大于目标值，则减小滑动轴电机（17）和卷曲轴电机（9）的输出扭矩的差；当拉力传感器（4）实时测得的拉力值小于目标值，则增加滑动轴电机（17）和卷曲轴电机（9）的输出扭矩的差。

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