一种柔性电子抗拉伸与抗挠曲性能测试系统技术方案

本发明专利技术属于柔性电子测试相关技术领域，并公开一种柔性电子抗拉伸与抗挠曲性能测试系统，其包括控制模块、数据采集模块和测试模块，其中测试模块密封包括两个固定芯轴单元和两个弯曲芯轴单元，每个固定芯轴单元起固定和拉伸柔性电子作用且具有X方向的自由度，并可装有张力传感器；每个弯曲芯轴单元可实现给定芯轴半径的弯曲且具有X、Y方向的自由度，并可装有压力传感器和CCD相机。通过本发明专利技术的四个芯轴单元的组合，可实现恒定张力、弯曲压力、测试温度，弯曲半径、弯曲速度和弯曲角度可调的C型、S型和G型等复杂曲面抗挠曲测试，也可实现抗拉伸性能测试，有效解决了现有装置只能进行简单C型测试，测试条件不定量导致测试数据不准确等缺陷。

Flexible electronic tensile and flexural performance test system

The invention belongs to the technical field of flexible electronic test, and discloses a flexible electronic tensile and flexural performance test system, which comprises a control module, data acquisition module and test module, the test module comprises two fixed core shaft sealing unit and two mandrel bending unit, each unit of fixed and fixed core shaft tensile flexible electronics which has X degrees of freedom, and can be equipped with a tension sensor; each mandrel bending unit can achieve a given core radius bending and has X, Y direction freedom, and can be equipped with a pressure sensor and a CCD camera. Through a combination of the four core shaft unit of the invention, can realize the constant tension, bending stress, test temperature, bending radius and bending angle, bending speed adjustable C type, S type and G type complex surface bending test, also can realize the tensile performance test, effectively solves the problem of the prior device only simple C test, no quantitative testing conditions lead to defects such as the test data is not accurate.

【技术实现步骤摘要】
一种柔性电子抗拉伸与抗挠曲性能测试系统
本专利技术属于柔性电子测试相关
，更具体地，涉及一种柔性电子抗拉伸与抗挠曲性能测试系统。
技术介绍
疲劳是柔性电子材料在低于其抗弯强度极限的交变应力作用下，发生突发断裂的失效的形式，其与静力破坏有着本质区别，相关研究表明，约有50％-90％的零件破坏和疲劳裂纹的产生和发展是分不开。以柔性印刷电路板为典型代表的柔性电子由于具备动态的弯曲、扭转、折叠等特点，目前在多个领域获得了广泛的应用，其使用过程就是一个拉压卷曲再恢复的过程，故其受到交变应力应变作用的概率和作用时间远大于受恒定载荷作用的概率和时间，因此它使用中的主要失效形式为挠曲疲劳失效或者说挠曲疲劳破坏，相应地，在其生产制造及使用过程中，通常需要对这些关键性能指标进行测试。所谓柔性电子疲劳可靠性试验，主要是通过重复卷曲、弯折以及折叠等形式，观察记录试样在循环应力下产生裂纹和电路层剥离以及发生疲劳断裂等现象，并以此计算评估柔性电子的疲劳可靠性指标，判定材料的疲劳性能，并为设计者、生产厂商等提供可信性有效数据。目前已存在的挠性电路板弯曲性能的测定方法是基于IPC法和MIT法等设计的，其中MIT法主要测试柔性电子的耐弯折性，IPC法主要测试柔性电子的耐挠曲性，并且这类耐挠曲性测试装置和测试方法对柔性电子的弯曲形态基本即为C型。例如，CN200410053598.7公开了一种用于柔性电子的抗挠曲性能测量装置，该装置将柔性薄膜的上端固定于力传感器，下端固定在旋转盘圆心，通过旋转转盘实现柔性电子的定点C型抗挠曲测试。然而，进一步的研究表明，虽然该装置能完成柔性电子在定负荷和定伸长下的定点抗挠曲和松弛蠕变性能的测量，但是只能进行简单的C型测试，却无法满足如S型、G型等复杂曲面的抗挠曲性能测试，并且其测试环境温度不可调。相应地，本领域亟需对此提出更为完善的解决方案，以便符合柔性电子的更高质量和测试要求。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种柔性电子抗拉伸与抗挠曲性能测试系统，其中通过对该测试系统的整体构造组成及布局进行重新设计，并对其关键部件如固定芯轴单元、弯曲芯轴单元等的具体结构及其传感器设置方式等方面作出进一步的改进，相应能够以高效率、高精度对单个柔性电子进行包括抗拉伸测试，以及C型、S型和G型等多种复杂曲面抗挠曲在内的关键性能测试工艺，由此不仅能够更全面、定量反映柔性电子的挠曲寿命和抗拉伸性能，而且还具备操作便利可靠、适应性强和集成化程度高等优点。为实现上述目的，按照本专利技术，提供了一种柔性电子抗拉伸与抗挠曲性能测试系统，该系统包括测试模块、数据采集模块和控制模块，其特征在于：所述测试模块整体布置在一个恒温密闭环境的内部，并包括底板、以及设置在该底板上表面同一平面内的第一固定芯轴单元、第二固定芯轴单元、第一弯曲芯轴单元和第二弯曲芯轴单元，其中所述第一固定芯轴单元、第二固定芯轴单元的结构相同，它们保持相对置地位于所述底板的左右侧部且将作为测试对象的柔性电子的两端予以固定，并可彼此独立地执行沿着X轴方向的相对运动；所述第一弯曲芯轴单元、第二弯曲芯轴单元的结构相同，它们位于所述底板的中部且各自均可彼此独立地执行沿着X轴方向和Y轴方向的相对运动，并用于带动柔性电子的中段部位分别予以弯曲，由此配合所述第一固定芯轴单元、第二固定芯轴单元一同驱使柔性电子变形挠曲为所需的各种形状，同时获得反映其抗挠曲特征的测试数据；此外，所述第一固定芯轴单元、第二固定芯轴单元两者可配合使用对柔性电子执行拉伸，同时获得反映其抗拉伸特性的测试数据；所述数据采集模块用于对所述第一固定芯轴单元、第二固定芯轴单元、第一弯曲芯轴单元和第二弯曲芯轴单元各自所获得的测试数据予以采集，并经AD转换后传输给所述控制模块形成闭环控制；所述控制模块包括温度调节单元和运动控制单元，其中该温度调节单元用于对所述恒温密闭环境的实时温度执行检测和调节；该运动控制单元基于预先输入的测试参数，相应对所述第一固定芯轴单元、第二固定芯轴单元、第一弯曲芯轴单元和第二弯曲芯轴单元在所述底板上处于同一平面的相对运动分别予以驱动控制。作为进一步优选地，对于所述第一固定芯轴单元或第二固定芯轴单元而言，其优选包括固定芯轴底座、X向驱动件、固定芯轴件和张力传感器，其中该固定芯轴件竖直固定于所述固定芯轴底座上，并连同此固定芯轴底座一同由所述X向驱动件执行沿着X轴方向的相对运动；该张力传感器安装在所述固定芯轴件的内部，并用于对柔性电子在运动过程中的张力数据执行实时检测。作为进一步优选地，对于所述第一弯曲芯轴单元或第二弯曲芯轴单元而言，其优选包括弯曲芯轴底座、X向驱动器、Y向驱动器、弯曲芯轴件、柔性压力传感器、CCD相机和CCD相机驱动件，其中该弯曲芯轴件竖直固定于所述弯曲芯轴底座上，并连同此弯曲芯轴底座一同由所述X向驱动器和/或Y向驱动器执行沿着X轴和/或Y轴方向的相对运动；该柔性压力传感器沿其周向安装在所述弯曲芯轴件的表面，并用于对柔性电子在运动过程中的所受压力数据执行实时检测；此外，该CCD相机驱动件固定在所述弯曲芯轴底座上，并驱动所述CCD相机沿着与所述弯曲芯轴件轴向相平行的方向运动，进而获得柔性电子整个测试过程中的损伤状态图像。作为进一步优选地，所述第一固定芯轴单元或第二固定芯轴单元的固定芯轴件，以及所述第一弯曲芯轴单元或第二弯曲芯轴单元的弯曲芯轴件均可独立替换为不同直径的规格，由此实现柔性电子不同弯曲半径的抗挠曲测试。作为进一步优选地，所述第一固定芯轴单元、第二固定芯轴单元、第一弯曲芯轴单元和第二弯曲芯轴单元的运动速度和运动行程优选可自由调节，由此实现柔性电子弯曲角度和弯曲速度的控制。作为进一步优选地，上述系统优选可用于执行柔性电子C型曲面的抗挠曲测试，此时仅采用三个芯轴单元也即所述第一固定芯轴单元、第二固定芯轴单元以及所述第一、第二弯曲芯轴单元中的一个，其具体处理过程如下：首先，将所选的三个芯轴单元运动到同一直线上，并使得弯曲芯轴单元处于柔性电子的中心一侧；接着，驱动所述弯曲芯轴单元沿Y轴方向运动，两个固定芯轴则沿着X轴方向相向配合运动，由此实现C型弯曲。作为进一步优选地，上述系统优选可用于执行柔性电子S型曲面的抗挠曲测试，此时采用四个芯轴单元也即所述第一固定芯轴单元、第二固定芯轴单元以及所述第一弯曲芯轴单元、第二弯曲芯轴单元，其具体处理过程如下：首先，将四个芯轴单元运动到同一直线上，并使得两个弯曲芯轴单元分居柔性电子的两侧；接着，驱动两个弯曲芯轴单元沿Y轴方向相向运动，而两个固定芯轴单元则沿着X轴方向相向配合运动，由此实现S型弯曲。作为进一步优选地，上述系统优选可用于执行柔性电子G型曲面的抗挠曲测试，此时采用四个芯轴单元也即所述第一固定芯轴单元、第二固定芯轴单元以及所述第一弯曲芯轴单元、第二弯曲芯轴单元，其具体处理过程如下：首先，将四个芯轴单元运动到同一直线上，并使得两个弯曲芯轴单元分居柔性电子的同侧；接着，驱动两个弯曲芯轴单元沿Y轴方向同向运动，而两个固定芯轴单元沿着X轴方向相向配合运动；最后，当第一弯曲芯轴单元到达指定位置后，第一固定芯轴单元和第一弯曲芯轴单元保持固定不动，而第二弯曲芯轴单元沿Y轴方向反向运动，同时第二固定芯轴单元继续沿原方向运动，直到实本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种柔性电子抗拉伸与抗挠曲性能测试系统，该系统包括测试模块(2)、数据采集模块(3)和控制模块(4)，其特征在于：所述测试模块(2)整体布置在一个恒温密闭环境的内部，并包括底板(25)、以及设置在该底板(25)上表面同一平面内的第一固定芯轴单元(24)、第二固定芯轴单元(23)、第一弯曲芯轴单元(22)和第二弯曲芯轴单元(21)，其中所述第一固定芯轴单元、第二固定芯轴单元的结构相同，它们位于所述底板(25)的左右侧部且将作为测试对象的柔性电子的两端予以固定，并可彼此独立地执行沿着X轴方向的相对运动；所述第一弯曲芯轴单元、第二弯曲芯轴单元的结构相同，它们位于所述底板(25)的中部且各自均可彼此独立地执行沿着X轴方向和Y轴方向的相对运动，并用于带动柔性电子的中段部位分别予以弯曲，由此配合所述第一固定芯轴单元(24)、第二固定芯轴单元(23)一同驱使柔性电子变形挠曲为所需的各种形状，同时获得反映其抗挠曲特征的测试数据；此外，所述第一固定芯轴单元(24)、第二固定芯轴单元(23)两者可配合使用对柔性电子执行拉伸，同时获得反映其抗拉伸特性的测试数据；所述数据采集模块(3)用于对所述第一固定芯轴单元(24)、第二固定芯轴单元(23)、第一弯曲芯轴单元(22)和第二弯曲芯轴单元(21)各自所获得的测试数据予以采集，并经AD转换后传输给所述控制模块形成闭环控制；所述控制模块(4)包括温度调节单元(42)和运动控制单元(41)，其中该温度调节单元(42)用于对所述恒温密闭环境的实时温度执行检测和调节；该运动控制单元(41)基于预先输入的测试参数，相应对所述第一固定芯轴单元、第二固定芯轴单元、第一弯曲芯轴单元和第二弯曲芯轴单元在所述底板(25)上处于同一平面的相对运动分别予以驱动控制。...

【技术特征摘要】
1.一种柔性电子抗拉伸与抗挠曲性能测试系统，该系统包括测试模块(2)、数据采集模块(3)和控制模块(4)，其特征在于：所述测试模块(2)整体布置在一个恒温密闭环境的内部，并包括底板(25)、以及设置在该底板(25)上表面同一平面内的第一固定芯轴单元(24)、第二固定芯轴单元(23)、第一弯曲芯轴单元(22)和第二弯曲芯轴单元(21)，其中所述第一固定芯轴单元、第二固定芯轴单元的结构相同，它们位于所述底板(25)的左右侧部且将作为测试对象的柔性电子的两端予以固定，并可彼此独立地执行沿着X轴方向的相对运动；所述第一弯曲芯轴单元、第二弯曲芯轴单元的结构相同，它们位于所述底板(25)的中部且各自均可彼此独立地执行沿着X轴方向和Y轴方向的相对运动，并用于带动柔性电子的中段部位分别予以弯曲，由此配合所述第一固定芯轴单元(24)、第二固定芯轴单元(23)一同驱使柔性电子变形挠曲为所需的各种形状，同时获得反映其抗挠曲特征的测试数据；此外，所述第一固定芯轴单元(24)、第二固定芯轴单元(23)两者可配合使用对柔性电子执行拉伸，同时获得反映其抗拉伸特性的测试数据；所述数据采集模块(3)用于对所述第一固定芯轴单元(24)、第二固定芯轴单元(23)、第一弯曲芯轴单元(22)和第二弯曲芯轴单元(21)各自所获得的测试数据予以采集，并经AD转换后传输给所述控制模块形成闭环控制；所述控制模块(4)包括温度调节单元(42)和运动控制单元(41)，其中该温度调节单元(42)用于对所述恒温密闭环境的实时温度执行检测和调节；该运动控制单元(41)基于预先输入的测试参数，相应对所述第一固定芯轴单元、第二固定芯轴单元、第一弯曲芯轴单元和第二弯曲芯轴单元在所述底板(25)上处于同一平面的相对运动分别予以驱动控制。2.如权利要求1所述的一种柔性电子抗拉伸与抗挠曲性能测试系统，其特征在于，对于所述第一固定芯轴单元(24)或第二固定芯轴单元(23)而言，其优选包括固定芯轴底座(243)、X向驱动件(244)、固定芯轴件(242)和张力传感器(241)，其中该芯轴件(242)竖直固定于所述固定芯轴底座(243)上，并连同此固定芯轴底座一同由所述X向驱动件执行沿着X轴方向的相对运动；该张力传感器(241)安装在所述固定芯轴件的内部，并用于对柔性电子在运动过程中的张力数据执行实时检测。3.如权利要求1或2所述的一种柔性电子抗拉伸与抗挠曲性能测试系统，其特征在于，对于所述第一弯曲芯轴单元(22)或第二弯曲芯轴单元(21)而言，其优选包括弯曲芯轴底座(223)、X向驱动器(224)、Y向驱动器(226)、弯曲芯轴件(221)、柔性压力传感器(222)、CCD相机(227)和CCD相机驱动件(225)，其中该弯曲芯轴件(221)竖直固定于所述弯曲芯轴底座(223)上，并连同此弯曲芯轴底座一同由所述X向驱动器和/或Y向驱动器执行沿着X轴和/或Y轴方向的相对运动；该柔性压力传感器(222)沿其周向安装在所述弯曲芯轴件的表面，并用于对柔性电子在运动过程中的所受压力数据执行实时检测；此外，该CCD相机驱动件(225)固定在所述弯曲芯轴底座(223)上，并驱动所述CCD相机(227)沿着与所述弯曲芯轴件(221)轴向相平行的方向运动，进而获得柔性电子整个测试过程中的损伤状态图像。4.如权利要求1-...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐洲龙，陈建魁，谭万洲，丁汉，尹周平，
申请(专利权)人：华中科技大学，广东思谷智能技术有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42