材料表面摩擦力因子与其微观形貌实时检测方法及其装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种材料表面摩擦力因子与其微观形貌实时检测方法及其装置，将蓝宝石模具放置在条形试件表面，在条形试件一端施加加载拉力，另一端施加固定拉力作为背压力产生的阻力，并将条形试件的界面反射光聚集到线性阵列CCD上，通过线性阵列CCD结合三维轮廓测量对条形试件的表面的几何形状进行超景深测量和三维重构获取拉弯成形后的条形试件的表面摩擦形貌图像信息。在加载拉力增加时，根据加载拉力值和摩擦因子公式得到摩擦因子，施加加载拉力值时由线性阵列CCD扫描得到的拉弯成形状态下的条形试件的表面摩擦形貌图像信息，最终生成拉弯摩擦试验中条形试件的摩擦因子及表面摩擦形貌图像信息与加载压力全过程实时关系对应图。系对应图。系对应图。

【技术实现步骤摘要】
材料表面摩擦力因子与其微观形貌实时检测方法及其装置


[0001]本专利技术涉及摩擦学
，具体为一种材料表面摩擦力因子与其微观形貌实时检测方法及其装置。

技术介绍

[0002]摩擦在冷热成形过程中是至关重要的，影响着零件的最终质量，同时和零件与模具的表面磨损也直接相关。近年来，先进钢、铝和复合材料在汽车车身上的应用急速扩展，业界对板料的金属冷冲压、热冲压成形过程中，如何测量板料的摩擦因子，并同步检测板料与模具的摩擦的表面形貌，一直是一个重要的科学问题，需要一种科学的方法和实现的手段。
[0003]现有的测试方式则是通过拉伸弯曲试验进行测试，常规测量摩擦因子和试样摩擦表面形貌分析的方法是分开进行的。采用的是拉弯摩擦试验后，通过对摩擦试件的二次取样，经过事后显微观察到试样摩擦表面发生的变化，从而得到摩擦因子与试样摩擦表面形貌之间的关系。但是，由于拉伸弯曲试验过程中材料表面发生塑性应变，而事后观测只能得到试件表面发生粗糙度变化的静态形貌，其测量误差也非常大，并且也无法观测到拉伸弯曲试验过程中的试件表面的摩擦形态的动态变化过程，也无法揭示摩擦因子与条形试件表面形态实时变化关系。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种材料表面摩擦力因子与其微观形貌实时检测方法及装置，能够揭示摩擦因子与条形试件表面形貌实时变化的关系。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了一种技术方案：一种材料表面摩擦力因子与其微观形貌实时检测方法，包括以下步骤：
[0006]步骤S1，在上半部分截面呈矩形、下半部分截面呈弧形的蓝宝石模具两侧分别设置滚柱支撑件，将条形试件的一端从蓝宝石模具一侧的滚柱支撑件上方穿入，经蓝宝石模具下半部分下方，从蓝宝石模具另一侧的滚柱支撑件上方穿出，将蓝宝石模具下压，使条形试件紧贴于蓝宝石模具下半部分，使条形试件与蓝宝石模具下半部分接触段满足蓝宝石模具包角要求；
[0007]步骤S2，在蓝宝石模具的焦点处设置线性阵列CCD，在线性阵列CCD的两侧对称设置多组光源，多组光源发出的光经蓝宝石模具将条形试件的界面反射光聚集到线性阵列CCD，线性阵列CCD采集到的数据通过图像信号前置放大器和计算机图像处理系统，结合超景深测量和三维轮廓测量法对条形试件的表面几何形状进行三维重构，得到拉弯成形后的条形试件的表面摩擦形貌图像信息；
[0008]步骤S3，在条形试件的一端施加加载拉力，并通过传感器实时检测压力值，记为Fd,在条形试件的另一端施加固定拉力作为背压力产生的阻力，记为Ft，根据Ft、Fd和蓝宝石模具的包角θ，计算条形试件与蓝宝石模具下半部分面之间的摩擦因子μ；
[0009]摩擦因子计算公式为：μ＝2(Fd
‑
Ft
‑
Fb)/(θ(Fd+Ft))；
[0010]其中，Fb为条形试件与蓝宝石模具下半部分面的摩擦力，Fb＝μPav，Pav为摩擦副的平均接触压力，Pav＝(Ft+Fd)/2wR，其中R是蓝宝石模具的下半部分弧形半径，w是条形试件宽度；
[0011]步骤S4，当加载拉力不断增加时，根据当前加载拉力值和摩擦因子计算公式得到当前摩擦因子，以及施加当前加载拉力值时由线性阵列CCD扫描得到的当前拉弯成形状态下的条形试件的表面摩擦形貌图像信息，最终生成拉弯摩擦试验中条形试件的摩擦因子及表面摩擦形貌图像信息与加载压力全过程实时关系对应图。
[0012]可选的，在步骤S2中，线性阵列CCD对条形试件的表面几何形状进行三维重构包括：
[0013]采用三维轮廓测量方法和超景深测量，并根据测量结果和校准后的蓝宝石模具镜面反射几何关系来计算镜面的面型。
[0014]可选的，所述蓝宝石模具的下半部分弧形的圆心角为包角，所述包角在30
°
到120
°
之间。
[0015]可选的，所述光源为条形阵列可调节光源。
[0016]可选的，在将所述蓝宝石模具放置在所述条形试件表面之前，将所述条形试件进行接触加热或感应加热。
[0017]可选的，在将所述蓝宝石模具放置在条形试件表面之前，在所述条形试件的表面涂覆润滑剂。
[0018]可选的，步骤S4中，线性阵列CCD扫描得到的当前拉弯成形状态下的条形试件的摩擦形貌的图像信息后，通过当前图像信息与标准粗糙度对照表上标准图像信息进行匹配对比，得到当前拉弯成形状态下的条形试件的粗糙度，最终生成拉弯摩擦试验中条形试件的摩擦因子、粗糙度及表面摩擦形貌图像信息与加载压力全过程实时关系对应图。
[0019]可选的，在所述线性阵列CCD采集所述蓝宝石模具下方的条形试件的表面摩擦形貌图像时，每次采集完一个单位长度条形试件后，条形试件运动到下一单位长度，然后线性阵列CCD对下一单位长度的条形试件进行采集，经过连续多次采集后，将采集到的数据拼接成了一幅二维图像，并通过图像信号前置放大器和计算机图像处理系统，然后结合超景深测量和三维轮廓测量法对条形试件的表面几何形状进行三维重构，最终获取拉弯成形后的条形试件的表面摩擦形貌图像信息。
[0020]本专利技术还提供了一种技术方案：一种应用上述材料表面摩擦力因子与其微观形貌实时检测方法的装置，包括：
[0021]蓝宝石模具，所述蓝宝石模具具有上半部分和下半部分，所述上半部分的截面呈矩形，所述下半部分的截面呈弧形，所述蓝宝石模具用于压住条形试件；
[0022]伺服电机拉力装置，所述伺服电机拉力装置通过夹头与所述条形试件的一端连接，用于给条形试件施加加载拉力；所述伺服电机拉力装置和所述夹头之间还连接有传感器，所述传感器用于实时监测加载拉力；
[0023]背压砝码，所述背压砝码通过握持器与所述条形试件的另一端连接，用于给施加固定拉力作为背压力产生的阻力；所述背压砝码和所述握持器之间连接有钢丝绳，所述钢丝绳通过转向滚轮支撑；
[0024]两组滚柱支撑件，两组所述滚柱支撑件位于所述条形试件的下方，用于使条形试件紧贴于蓝宝石模具下半部分，使条形试件与蓝宝石模具下半部分接触段满足蓝宝石模具包角要求，且两组所述滚柱支撑件分布在所述蓝宝石模具的两侧；
[0025]线性阵列CCD，所述线性阵列CCD位于所述蓝宝石模具的焦点处，用于实时采集蓝宝石模具下方的所述条形试件的表面摩擦形貌图像信息；
[0026]两组光源，两个所述光源对称设置在所述线性阵列CCD的两侧，用于照射所述条形试件；
[0027]图像信号前置图像信号前置放大器，所述图像信号前置图像信号前置放大器连接在所述线性阵列CCD顶部，用于放大所述线性阵列CCD采集的表面摩擦形貌图像信息；
[0028]计算机图像处理系统，所述计算机图像处理系统与所述图像信号前置图像信号前置放大器连接，用于结合超景深测量和三维轮廓测量法对条形试件的表面几何形状进行三维重构，最终获取拉弯成形后的条形试件的表面摩擦形貌图像信息。
[0029]可选的，材料表面的微观形貌的检测装置还包括数据分析系统，根据当前拉力值和摩擦因子本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种材料表面摩擦力因子与其微观形貌实时检测方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1，在上半部分截面呈矩形、下半部分截面呈弧形的蓝宝石模具两侧分别设置滚柱支撑件，将条形试件的一端从蓝宝石模具一侧的滚柱支撑件上方穿入，经蓝宝石模具下半部分下方，从蓝宝石模具另一侧的滚柱支撑件上方穿出，将蓝宝石模具下压，使条形试件紧贴于蓝宝石模具下半部分，使条形试件与蓝宝石模具下半部分接触段满足蓝宝石模具包角要求；步骤S2，在蓝宝石模具的焦点处设置线性阵列CCD，在线性阵列CCD的两侧对称设置多组光源，多组光源发出的光经蓝宝石模具将条形试件的界面反射光聚集到线性阵列CCD，线性阵列CCD采集到的数据通过图像信号前置放大器和计算机图像处理系统，结合超景深测量和三维轮廓测量法对条形试件的表面几何形状进行三维重构，得到拉弯成形后的条形试件的表面摩擦形貌图像信息；步骤S3，在条形试件的一端施加加载拉力，并通过传感器实时检测压力值，记为Fd,在条形试件的另一端施加固定拉力作为背压力产生的阻力，记为Ft，根据Ft、Fd和蓝宝石模具的包角θ，计算条形试件与蓝宝石模具下半部分面之间的摩擦因子μ；摩擦因子计算公式为：μ＝2(Fd
‑
Ft
‑
Fb)/(θ(Fd+Ft))；其中，Fb为条形试件与蓝宝石模具下半部分面的摩擦力，Fb＝μPav，Pav为摩擦副的平均接触压力，Pav＝(Ft+Fd)/2wR，其中R是蓝宝石模具的下半部分弧形半径，w是条形试件宽度；步骤S4，当加载拉力不断增加时，根据当前加载拉力值和摩擦因子计算公式得到当前摩擦因子，以及施加当前加载拉力值时由线性阵列CCD扫描得到的当前拉弯成形状态下的条形试件的表面摩擦形貌图像信息，最终生成拉弯摩擦试验中条形试件的摩擦因子及表面摩擦形貌图像信息与加载压力全过程实时关系对应图。2.根据权利要求1所述的材料表面摩擦力因子与其微观形貌实时检测方法，其特征在于，在步骤S2中，线性阵列CCD对条形试件的表面几何形状进行三维重构包括：采用三维轮廓测量方法和超景深测量根据测量结果和校准后的蓝宝石模具镜面反射几何关系来计算镜面的面型。3.根据权利要求1所述的材料表面的微观形貌的检测装置，其特征在于，所述蓝宝石模具的下半部分弧形的圆心角为包角，所述包角在30
°
到120
°
之间。4.根据权利要求1所述的材料表面摩擦力因子与其微观形貌实时检测方法，其特征在于，所述光源为条形阵列可调节光源，并且在线性阵列CCD两侧交替照射目标，产生不同目标高度的阴影，通过摄影测量其影子宽度，计算得到目标高度。5.根据权利要求1所述的材料表面摩擦力因子与其微观形貌实时检测方法，其特征在于，在将所述蓝宝石模具放置在所述条形试件表面之前，将所述条形试件进行接触加热或感应加热。6.根据权利要求1所述的材料表面摩擦力因子与其微观形貌实时检测方法，其特征在于，在将所述蓝宝石模具放置在条形试件表面之前，在所述条形试件的表面涂覆润滑剂。7.根据权利要求1所述的材...

【专利技术属性】
技术研发人员：张宜生，王义林，张雪琴，朱彬，王梁，张方，
申请(专利权)人：武汉中誉鼎力智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：