本文中描述了一种用于分析膜样品的物理特性的装置。所述装置包括经配置以固持所述膜样品的夹持系统。所述装置进一步包括落镖探针系统，所述落镖探针系统经配置以测试所述膜样品的物理特性。所述落镖探针系统具有落镖探针、推进系统以及力传感器，所述推进系统经配置以相对于所述夹持系统移动所述落镖探针，所述力传感器经配置以测量所述落镖探针在落镖探针移动期间所经受的力。所述力传感器经配置以测量在所述落镖探针与所述膜样品接触时赋予所述膜样品的力。
Device for analysis of impact resistance and puncture resistance
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于分析抗冲击性和抗穿刺性的装置
本专利技术涉及分析膜或材料薄片的抗冲击性和抗穿刺性。
技术介绍
表征材料的物理特质可用于分析和改进在材料生产中采用的化学配方以及分析和改进制造材料方法。表征物理特性还可帮助消费者为其特定用例确定最佳产品，以及帮助研究人员为特定应用开发新颖的解决方案。一个有用的材料物理特性为确定材料的穿刺特性。落镖测试为科学家提供对材料高速穿刺特性的深刻理解。落镖测试通常涉及用具有特定尺寸的圆形圆柱探针刺破薄膜，所述探针以特定速度行进且测量由探针作用于薄膜上的力。目前，对膜进行落镖测试以两种方式进行：手放落式落镖系统和仪表式落镖系统。在两种情况下，系统依赖于重力使落镖探针朝向待测试的膜加速。借助于夹持机构将膜固持在适当的位置。放落式落镖(dropdart，DD)涉及将已知质量/重量物体放落到膜上。操作者观察膜是否被刺穿。此测试可对多个膜复制品用不同质量/重量物体重复多次。从结果估计所得膜的特性(通常仅总体能量)。然而，此系统使用起来很繁琐，不适合自动化操作，且不提供对施加到膜的力曲线的性质的详细理解。仪表式落镖冲击系统(instrumenteddartimpactsystem，IDI)较适合于通过将力传感器并入到用于刺穿膜的落镖探针上来从单一测试获得较丰富的数据。IDI系统使用预负载弹簧来增加测试系统的力和能量容量。这是自动落镖系统的当前技术现状。然而，以上两系统都是被动式致动的。另外，以上系统提供的所收集的数据量有限。因此，仍需要一种用于分析膜的抗冲击性和抗穿刺性的装置，解决现有装置和系统的上述问题和其它问题。
技术实现思路
根据本专利技术的用于分析抗冲击性和/或抗穿刺性的装置提供(例如)落镖探针的主动式或受控式致动，其允许对膜或材料薄片的物理特性进行受控式测试，以及增加测试期间的数据收集。本专利技术的一个方面是提供一种用于分析膜样品的物理特性的装置。所述装置包括经配置以固持所述膜样品的夹持系统。所述装置进一步包括落镖探针系统，所述落镖探针系统经配置以测试所述膜样品的物理特性。所述落镖探针系统具有落镖探针、推进系统以及力传感器，所述推进系统经配置以相对于所述夹持系统移动所述落镖探针，所述力传感器经配置以测量所述落镖探针在落镖探针移动期间所经受的力。所述力传感器经配置以测量在所述落镖探针与所述膜样品接触时赋予所述膜样品的力。附图说明本公开以及结构的相关元件的操作方法和功能以及制造的各部分和经济性的结合将在参考附图考虑以下描述和所附权利要求书时变得更加显而易见，所有这些均形成本说明书的一部分，其中相同的附图标记表示各个附图中的对应部分。然而，应明确地理解，附图仅用于说明和描述目的，并非旨在作为对本专利技术的限制的定义。图1展示根据本专利技术实施例的系统的示意图；图2展示根据本专利技术实施例的机器人系统的三维透视图；图3展示根据本专利技术实施例的材料固持器系统的三维透视图；图4展示根据本专利技术实施例的厚度测量系统的组件的三维透视图；图5展示根据本专利技术实施例的材料图像分析仪系统的三维透视图，所述材料图像分析仪系统用于分析膜样品中的缺陷；图6A为根据本专利技术实施例的夹持系统的三维透视图；图6B展示根据本专利技术实施例的夹持系统的剖视图；图7A和7B展示根据本专利技术实施例的由夹钳系统夹持的膜的初始视频帧和最终视频帧：图8A和8B展示根据本专利技术的实施例，当落镖探针刚好撞击膜时来自膜的帧(图8A)和当膜拉伸最多时(刚好在穿刺之前)来自膜的帧(图8B)；图9展示根据本专利技术实施例的落镖探针系统的三维透视图；图10展示根据本专利技术实施例的落镖探针的三维透视图；图11A和11B分别展示根据本专利技术的实施例，刚好在落镖探针与膜接触之前和在落镖探针与膜接触且在穿刺前将膜拉伸到最大之后的由夹钳夹持的膜样品的侧视图；图12A为根据本专利技术的实施例，从探针的移动开始到探针的完全停止，作用于探针上的力(N)与时间的曲线图；图12B为根据本专利技术的实施例，从对样品的冲击时点到对样品的穿刺完成，作用于探针上的力(N)与时间的曲线图；和图13A和13B展示根据本专利技术的实施例的力(N)与位移(m)的曲线图。具体实施方式根据本专利技术的实施例，测试材料薄膜的抗冲击性和抗穿刺性的过程可以是自动化的。自动落镖测试装置的想法来源于对各种行业中的高处理量(HTP)测试的需要。较高的测试速率允许相对快速地收集大量数据并且分析趋势，从而允许对感兴趣的领域进行更详细的研究。开始HTP测试设置所需的一个特征为连续(或接近连续)操作。通过允许系统不停地运行，其增加所执行的测试量。所述系统与手动测试系统相比还允许提高单次测试的速度。这可通过使用全自动落镖测试装置来实现，所述全自动落镖测试装置可(例如)允许在连续测试之间无中断的测试许多材料膜。这提供增加的测试处理量和增加的所测试膜样品的数目，以及使测试膜经历相同测试条件。另外，通过使用本专利技术的落镖测试装置，可设置落镖速度，且可使多个样品经受相同的落镖速度。举例来说，这允许比较多个样品的物理特性，不管所述样品是相同的还是不同的材料。此外，落镖测试装置中的落镖探针的速度可从用以执行抗穿刺性测试的相对较低的0.04m/s调节到用以执行高速落镖冲击测试的8m/s。另外，如将在以下段落中进一步详细描述的，可自动地取回落镖测试装置中的落镖探针，这允许增加膜测试的处理量。此外，本专利技术落镖测试装置允许测试各种材料膜，包括测试聚合膜(例如，塑料)和非聚合膜。另外，本专利技术落镖测试装置可用于测试各种厚度的膜或基板，包括厚度为至多1mm或更高的基板。基板可以是例如聚合薄板、金属板、纸片或其它复合材料。因此，本文中使用术语“膜”、“膜样品”、或“膜材料”以涵盖各种类型的材料(例如，塑料、纸、金属或复合材料)和各种厚度的材料。在一个例子中，本专利技术的落镖测试装置允许测试其它制造材料，如通注射成型形成的那些材料和其它塑料成型构件。图1展示根据本专利技术实施例的系统的示意图。在本专利技术的实施例中，用于分析抗冲击和抗穿刺的系统10包括机器人系统12、材料固持器系统14、材料厚度测量系统16、材料图像分析仪系统18和落镖测试装置20中的一或多者。机器人系统12、材料固持器系统14、材料厚度测量系统16、材料图像分析仪系统18和落镖测试装置20可位于工作表面22或共同框架上。可使用计算机系统24控制机器人系统12、材料固持器系统14、材料厚度测量系统16、材料图像分析仪系统18和落镖测试装置20。也可以提供传送系统。传送系统可以包括一个或多个托盘，所述托盘将样品传送到工作表面，其中机器人系统12和材料固持器系统14可以从一个或多个托盘中取回膜样品。图2展示根据本专利技术实施例的机器人系统12的三维透视图。在实施例中，机器人系统12是六轴机器人臂系统，如由爱普生公司(EpsonCorporation)制得的EpsonC4L机器人。根据实施例，EpsonC4L机器人系统具有900mm(约35″)的最大本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于分析膜样品的物理特性的装置，所述装置包含：/n夹持系统，其经配置以固持所述膜样品；和/n落镖探针系统，其经配置以测试所述膜样品的物理特性，所述落镖探针系统包含落镖探针、推进系统和力传感器，所述推进系统经配置以相对于所述夹持系统移动所述落镖探针，所述力传感器经配置以测量所述落镖探针在落镖探针移动期间所经历的力，/n其中所述力传感器经配置以测量在所述落镖探针与所述膜样品接触时赋予所述膜样品的力。/n
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170731 US 62/5393261.一种用于分析膜样品的物理特性的装置，所述装置包含：
夹持系统，其经配置以固持所述膜样品；和
落镖探针系统，其经配置以测试所述膜样品的物理特性，所述落镖探针系统包含落镖探针、推进系统和力传感器，所述推进系统经配置以相对于所述夹持系统移动所述落镖探针，所述力传感器经配置以测量所述落镖探针在落镖探针移动期间所经历的力，
其中所述力传感器经配置以测量在所述落镖探针与所述膜样品接触时赋予所述膜样品的力。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述推进系统包含经配置以相对于所述夹持系统移动所述落镖探针的线性电机。
3.根据权利要求2所述的装置，其中所述线性电机经配置以移动所述落镖探针在大体上恒定的速度下冲击所述膜样品。
4.根据权利要求3所述的装置，其中所述落镖探针的所述大体上恒定的速度在与抗穿刺性测试相关联的0.04m/s和与落镖冲击测试相关联的4m/s之间。
5.根据权利要求3和4中任一项所述的装置，其中所述落镖探针的所述大体上恒定的速度在冲击到所述膜样品上时为3.3m/s，且所述落镖探针的所述大体上恒定的速度在冲击后保持3.3m/s的至少80％，直到所述落镖探针刺穿所述膜样品为止。
6.根据权利要求2至5中任一项所述的装置，其进一步包含与经配置以控制所述线性电机的控制器通信的计算机系统，其中所述计算机系统经配置以将命令信号发送到所述控制器，以加载轨迹且根据所述加载的轨迹移动所述落镖探针。
【专利技术属性】
技术研发人员：D·L·麦卡迪二世，E·苏坦托，L·多特森，B·E·格莱德，H·辛格，J·伦德，
申请(专利权)人：陶氏环球技术有限责任公司，罗门哈斯公司，
类型：发明
国别省市：美国;US
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