一种空心聚合物微球的耐压强度测量装置及其耐压强度测量方法与流程

1.本发明属于直径微米级空心聚合物微球力学性能测量技术领域，更具体地说，本发明涉及一种空心聚合物微球的耐压强度测量装置及耐压强度测量方法。


背景技术：

2.激光惯性约束聚变(inertial confinement fusion，icf)是以高功率高能量密度激光为驱动源，采用球形内爆增压技术，通过球形内爆和内爆过程中的聚心效应，使球形靶丸内的热核燃料达到108k的高温和高密度点火条件成自持的热核反应。一般的观点认为，实现激光惯性约束聚变有两种途径，即直接驱动和间接驱动。在直接驱动中，入射激光直接辐照球形燃料容器，烧蚀靶丸外表面，驱动内爆；在间接驱动中，入射激光辐照到黑腔内壁，将部分激光能量转换成x射线，在黑腔内形成均匀的辐照场，用x射线烧蚀位于黑腔中央的靶丸，驱动靶丸内爆。然而无论是直接驱动还是间接驱动，作为热核燃料容器的空心微球的品质通过对内爆压缩比和内爆形状因子的影响，在很大程度上影响了内爆的效率。
3.在icf靶制备中，微球在干燥、涂层、充气和机械加工中因其强度不足会出现微球开裂等问题。然而，目前用于靶生产中微球的直径范围在200μm
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1000μm，因尺寸太小，目前还没有合适的测量手段对其强度进行标定。


技术实现要素：

4.本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。
5.为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种空心聚合物微球的耐压强度测量装置，所述耐压强度测量装置置于半封闭环境中，其结构包括：
6.减震工作台，其上表面固定连接有精密二维移动平台ⅰ，所述精密二维移动平台ⅰ固定连接有精密可控升降机构；
7.转接杆，其一端与所述精密可控升降机构固定相接，另一端固定连接有固定底座，所述固定底座可拆卸连接有压头；
8.精密二维移动平台ⅱ，其固定连接在所述减震工作台上，所述精密二维移动平台ⅱ通过固定卡槽镶嵌有精密天平，所述精密天平可拆卸连接有连接柱，所述连接柱的上端粘接有载物台，所述载物台的上表面粘接有用于盛放空心聚合物微球的盛球柱；
9.固定支架，其与所述减震工作台为固定连接，且所述精密二维移动平台ⅱ位于精密二维移动平台ⅰ与固定支架之间；所述固定支架上可拆卸安装有高清ccd。
10.优选的是，其中，所述盛球柱的顶端被设置为三分之一球冠形的凹槽，所述凹槽内表面光滑，空心聚合物微球放置在凹槽内，所述凹槽的尺寸与空心聚合物微球的内径相适配。
11.优选的是，其中，所述压头和盛球柱的材质均为铜，且压头和盛球柱的表面光滑、
整齐。
12.优选的是，其中，所述精密二维移动平台ⅰ、精密二维移动平台ⅱ和精密可控升降机构的移动精度为0.01μm，所述精密天平的称量精度为0.001g
13.优选的是，其中，所述精密二维移动平台ⅰ的结构包括：
14.横向导轨ⅰ，其固定设置在所述减震工作台的上表面，所述横向导轨ⅰ上滑动设置有横向滑座ⅰ，所述横向滑座ⅰ中固定设置有丝母ⅰ，横向滑座ⅰ的上端固定设置有纵向导轨ⅰ；
15.所述减震工作台上固定安装有步进电机ⅰ，所述步进电机ⅰ的电机轴固定连接有丝杆ⅰ，所述丝杆ⅰ穿设在丝母ⅰ中，所述丝杆ⅰ与减震工作台转动连接；
16.所述纵向导轨ⅰ滑动连接有纵向滑座ⅰ，所述纵向滑座ⅰ中固定设置有丝母ⅱ，所述纵向滑座ⅱ的一端固定安装有步进电机ⅱ，所述步进电机ⅱ的电机轴固定连接有丝杆ⅱ，所述丝杆ⅱ穿设在丝母ⅱ中，且所述丝杆ⅱ与纵向滑座ⅰ为转动连接。
17.优选的是，其中，所述精密可控升降机构的结构包括：
18.安装板，其固定设置在所述纵向滑座ⅰ的上表面，所述安装板的上端固定设置有气缸，所述气缸的气缸轴与所述转接杆固定连接，所述安装板上开设有竖直槽，所述安装板与纵向滑座ⅰ之间和竖直槽中均固定设置有多根导向杆，所述导向杆与转接杆为滑动连接。
19.优选的是，其中，所述精密二维移动平台ⅱ的结构包括：
20.两个对称设置的横向导轨ⅱ，其固定设置在所述减震工作台上，所述横向导轨ⅱ滑动连接有横向滑座ⅱ；所述横向滑座ⅱ上固定设置有纵向导轨ⅱ，所述纵向导轨ⅱ滑动连接有纵向滑座ⅱ，所述精密天平通过固定卡槽镶嵌在纵向滑座ⅱ上；
21.所述减震工作台上固定设置有横向固定板，所述横向固定板螺纹连接有横向调节螺杆，所述横向调节螺杆的端部与横向滑座ⅱ转动连接；
22.所述横向滑座ⅱ的一端固定设置有纵向固定板，所述纵向固定板螺纹连接有纵向调节螺杆，所述纵向调节螺杆的端部与纵向滑座ⅱ转动连接。
23.优选的是，其中，所述固定支架朝向盛球柱的一侧开设有矩形槽，所述固定支架的两侧分别开设有长条槽，且所述长条槽与矩形槽连通；
24.所述矩形槽中固定设置有竖直杆，所述竖直杆上滑动套设有调节座，所述调节座的两侧分别固定设置有滑板，所述滑板位于长条槽的外侧，所述滑板螺纹连接有调节旋钮，所述调节旋钮的端部与调节座的侧面相抵接；
25.所述竖直杆上穿设有两根支撑弹簧，所述调节座位于两根支撑弹簧之间，所述支撑弹簧一端与固定支架相抵接，另一端与调节座的表面相抵接；
26.所述高清ccd与调节座为螺纹连接，且高清ccd与调节座之间还螺纹连接有固定圈。
27.优选的是，其中，所述二维移动平台ⅱ固定设置有辅助定位机构，所述辅助定位机构的结构包括：
28.光源，其通过支撑杆固定设置在所述纵向滑座ⅱ的上方，所述支撑杆上固定设置有准直透镜，所述准直透镜位于光源的下方；所述光源、准直透镜和盛球柱的中心轴线在同一条直线上；
29.所述转接杆的上表面加工有光斑标记，且所述光斑标记、固定底座和压头的中心
轴线在同一条直线上。
30.一种空心聚合微球的耐压强度测量方法，包括以下步骤：
31.步骤一、首先开启设备电源及其工控电脑，开启相应软件与设备联网；将工控电脑与精密可控升降机构连接，调节精密可控升降机构，升高压头，根据待测空心聚合物微球直径的大小选择相应的载物台和盛球柱，并将连接柱螺纹固定在精密天平上；其中，空心聚合物微球的直径为200μm～1000μm；
32.步骤二、设置好精密可控升降机构的下降速率和数据存储位置后，调节精密可控升降机构，使压头底部高于空心聚合物微球顶部3mm，调整精密二维移动平台ⅰ，使压头底部处于高清ccd视野范围内，通过ccd观察并调整精密二维移动平台ⅱ，使压头在空心聚合物微球的正上方；
33.步骤三、将精密天平清零后开启程序，精密可控升降机构启动，压头高度下降并对空心聚合物微球的上表面施加压力，压头对空心聚合物微球的施力方向在空心聚合物微球的竖直中心轴线上；当精密天平数值出现拐点时终止程序，随后调节精密可控升降机构升高压头的高度，取出空心聚合物微球，即完成一个空心聚合物微球的耐压强度测试。
34.本发明至少包括以下有益效果：为了实现对空心聚合物微球的耐压强度进行测量，本命提供了一种空心聚合物微球的耐压强度的测量装置，由于空心聚合物微球的直径仅为200μm～1000μm，本发明提供的盛球柱的顶端设置为三分之一球冠型的凹槽结构，且凹槽的直径与空心聚合物微球的直径相适配，这样的设置便于对直径微小的空心聚合物微球进行盛装，同时也能够保证压头对空心聚合物所施加的压力是竖直朝向空心聚合物微球的中心轴线，提高了空心聚合物微球耐压强度测量的准确性；
35.同时，本发明提供的空心聚合物微球的耐压强度测量装置操作简单方便，条件平和，易于控制，使用可靠性高，实现了对各种材质不同结构空心聚合物微球耐压强度的标定。
36.本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
37.图1为本发明提供的空心聚合物微球的耐压强度测量装置结构示意图；
38.图2为盛球柱和空心聚合物微球的俯视示意图；
39.图3为本发明提供的空心聚合物微球的耐压强度测量装置的一种具体实施结构示意图；
40.图4为固定支架的正面结构示意图；
41.图5为高清ccd的安装结构示意图；
42.图6为图3中a处放大视图。
具体实施方式
43.下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
44.应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多
个其它元件或其组合的存在或添加。
45.需要说明的是，在本发明的描述中，术语指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
46.在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接，可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通，对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
47.此外，在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
48.如图1
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6所示：本发明的一种空心聚合物微球的耐压强度测量装置，所述耐压强度测量装置置于半封闭环境中，其结构包括：
49.减震工作台1，其上表面固定连接有精密二维移动平台ⅰ2，所述精密二维移动平台ⅰ2固定连接有精密可控升降机构3；
50.转接杆4，其一端与所述精密可控升降机构3固定相接，另一端固定连接有固定底座5，所述固定底座5可拆卸连接有压头6；
51.精密二维移动平台ⅱ7，其固定连接在所述减震工作台1上，所述精密二维移动平台ⅱ7通过固定卡槽镶嵌有精密天平8，所述精密天平8可拆卸连接有连接柱9，所述连接柱9的上端粘接有载物台10，所述载物台10的上表面粘接有用于盛放空心聚合物微球的盛球柱11；
52.固定支架12，其与所述减震工作台1为固定连接，且所述精密二维移动平台ⅱ7位于精密二维移动平台ⅰ2与固定支架12之间；所述固定支架12上可拆卸安装有高清ccd13。
53.工作原理：本发明提供的空心聚合物微球的耐压强度测量装置置于半封闭环境中，有效杜绝了空气流动对称量结果的影响；在对空心聚合物微球的耐压强度进行测量前，先将精密可控升降机构3和二维移动平台ⅰ2与工控电脑连接，根据空心聚合物微球的大小选择相应的盛球柱11、载物台10和连接柱9，然后将空心聚合物微球放置在盛球柱11中；调节精密可控升降机构3，使压头6底部高于空心聚合物微球顶部3mm，调节精密二维移动平台ⅰ2，使压头底部处于高清ccd13视野范围内，通过高清ccd13观察并调整精密二维移动平台ⅱ7，使压头6在空心聚合物微球的正上方。将精密天平8清零后开启程序，精密可控升降机构3驱动压头6竖直向下运动，压头6与空心聚合物微球的上表面相接触，并对空心聚合物微球表面施加压力，精密天平8开始显示数值，当精密天平8数值出现拐点时，即空心聚合物微球被压头压破，终止程序。然后升高压头6，取下空心聚合物微球，即完成了一个空心聚合物微球的耐压强度测试。
54.在上述技术方案中，所述盛球柱11的顶端被设置为三分之一球冠形的凹槽，所述
凹槽内表面光滑，空心聚合物微球放置在凹槽内，所述凹槽的尺寸与空心聚合物微球的内径相适配。
55.在上述技术方案中，所述压头6和盛球柱11的材质均为铜，且压头6和盛球柱11的表面光滑、整齐。
56.在上述技术方案中，所述精密二维移动平台ⅰ2、精密二维移动平台ⅱ7和精密可控升降机构3的移动精度为0.01μm，所述精密天平8的称量精度为0.001g。
57.在上述技术方案中，所述精密二维移动平台ⅰ2的结构包括：
58.横向导轨ⅰ21，其固定设置在所述减震工作台1的上表面，所述横向导轨ⅰ21上滑动设置有横向滑座ⅰ22，所述横向滑座ⅰ22中固定设置有丝母ⅰ，横向滑座ⅰ22的上端固定设置有纵向导轨ⅰ23；
59.所述减震工作台1上固定安装有步进电机ⅰ14，所述步进电机ⅰ14的电机轴固定连接有丝杆ⅰ141，所述丝杆ⅰ穿设在丝母ⅰ中，所述丝杆ⅰ141与减震工作台1转动连接；
60.所述纵向导轨ⅰ23滑动连接有纵向滑座ⅰ24，所述纵向滑座ⅰ24中固定设置有丝母ⅱ241，所述纵向滑座ⅱ24的一端固定安装有步进电机ⅱ，所述步进电机ⅱ的电机轴固定连接有丝杆ⅱ242，所述丝杆ⅱ242穿设在丝母ⅱ241中，且所述丝杆ⅱ242与纵向滑座ⅰ24为转动连接。在调节精密二维移动平台ⅰ2，使压头6底部处于高清ccd13视野范围内时，启动步进电机ⅰ14，步进电机ⅰ14通过驱动丝杆ⅰ141转动，进而驱动横向滑座ⅰ22沿横向导轨ⅰ22滑动，即可调节压头6的横向位置；当启动步进电机ⅱ后，纵向滑座ⅰ24沿纵向导轨ⅰ23滑动，即可调节压头6的纵向位置。这种设置方式的精密二维移动平台ⅰ实现了对压头6横向和纵向位置的调节，能够快速将压头6底部调节至处于高清ccd相机13视野范围内，且调节过程简单，具有很高的使用可靠性和调节稳定性。
61.在上述技术方案中，所述精密可控升降机构3的结构包括：
62.安装板31，其固定设置在所述纵向滑座ⅰ24的上表面，所述安装板31的上端固定设置有气缸32，所述气缸32的气缸轴与所述转接杆4固定连接，所述安装板31上开设有竖直槽311，所述安装板31与纵向滑座ⅰ24之间和竖直槽311中均固定设置有导向杆33，所述导向杆33与转接杆4为滑动连接。气缸32通过气缸轴推动转接杆4沿导向杆33在竖直方向上运动，进而可以调节压头6的竖直高度，并且气缸32又为压头6向下挤压空心聚合物微球提供了动力源。导向杆33用于对转接杆4的竖直运动进行限位导向，并且还对转接杆4起到了平衡支撑作用。
63.在上述技术方案中，所述精密二维移动平台ⅱ7的结构包括：
64.两个对称设置的横向导轨ⅱ71，其固定设置在所述减震工作台1上，所述横向导轨ⅱ71滑动连接有横向滑座ⅱ72；所述横向滑座ⅱ72上固定设置有纵向导轨ⅱ73，所述纵向导轨ⅱ73滑动连接有纵向滑座ⅱ74，所述精密天平8通过固定卡槽镶嵌在纵向滑座ⅱ74上；
65.所述减震工作台1上固定设置有横向固定板101，所述横向固定板101螺纹连接有横向调节螺杆111，所述横向调节螺杆111的端部与横向滑座ⅱ72转动连接；
66.所述横向滑座ⅱ72的一端固定设置有纵向固定板102，所述纵向固定板102螺纹连接有纵向调节螺杆112，所述纵向调节螺杆112的端部与纵向滑座ⅱ74转动连接。这种设置的精密二维移动平台ⅱ7采用手动的调节方式，拧动横向调节螺杆111时，横向调节螺杆111推动或拉动横向滑座ⅱ72沿横向导轨ⅱ71运动，从而可以调节盛球柱11的横向位置；当拧
动纵向调节螺杆112时，纵向调节螺杆112推动或拉动纵向滑座ⅱ72沿纵向导轨ⅱ73滑动，从而可以调节盛球柱11的纵向位置，上述两种调节方式相结合即可将压头6调节至空心聚合物微球的正上方。
67.在上述技术方案中，所述固定支架12朝向盛球柱11的一侧开设有矩形槽121，所述固定支架12的两侧分别开设有长条槽122，且所述长条槽122与矩形槽121连通；
68.所述矩形槽121中固定设置有竖直杆123，所述竖直杆123上滑动套设有调节座124，所述调节座124的两侧分别固定设置有滑板125，所述滑板125位于长条槽122的外侧，所述滑板125螺纹连接有调节旋钮126，所述调节旋钮126的端部与调节座124的侧面相抵接；
69.所述竖直杆123上穿设有两根支撑弹簧127，所述调节座124位于两根支撑弹簧127之间，所述支撑弹簧127一端与固定支架12相抵接，另一端与调节座124的表面相抵接；
70.所述高清ccd13与调节座124为螺纹连接，且高清ccd13与调节座124之间还螺纹连接有固定圈128。这种方式实现了调节高清ccd13竖直高度的目的，支撑弹簧127对调节座124具有一定支撑作用，确保在拧松调节旋钮126后，调节座124不会直接沿竖直杆123快速下落，同时支撑弹簧127减缓了调节座124高度改变的速度，提高了调节座124高度调节过程的稳定性。
71.在上述技术方案中，所述二维移动平台ⅱ7固定设置有辅助定位机构，所述辅助定位机构的结构包括：
72.光源75，其通过支撑杆76固定设置在所述纵向滑座ⅱ74的上方，所述支撑杆76上固定设置有准直透镜77，所述准直透镜77位于光源75的下方；所述光源75、准直透镜77和盛球柱11的中心轴线在同一条直线上；
73.所述转接杆11的上表面加工有光斑标记，且所述光斑标记、固定底座5和压头6的中心轴线在同一条直线上。辅助定位机构用于对压头6与空心聚合物微球的位置进行辅助定位，确保位置调节后压头6的中心轴线与空心聚合物微球的竖直中心轴线相重合，从而保证了压头6对空心聚合物微球施加的压力竖直朝向空心聚合物微球的中心轴线，以保证测量结果的准确性。辅助定位的具体方法为：光源75发出的光束被准直透镜77准直为大小均一的光斑，且光斑大小与光斑标记直径相同，调节精密二维移动平台ⅱ7，使经过准直的光斑对准至光斑标记，此时压头6的中心轴线和空心聚合物微球的竖直中心轴线相重合，辅助定位便完成。
74.空心聚合微球的耐压强度测量方法，包括以下步骤：
75.步骤一、首先开启设备电源及工控电脑，开启相应软件与设备联网；将工控电脑与精密可控升降机构3和精密二维移动平台ⅰ2连接，调节精密可控升降机构3，升高压头6，根据待测空心聚合物微球直径的大小选择相应的载物台和盛球柱，并将连接柱9螺纹固定在精密天平8上；其中，空心聚合物微球的直径为200μm；
76.步骤二、设置好精密可控升降机构3的下降速率和数据存储位置后，调节精密可控升降机构3，使压头6底部高于空心聚合物微球顶部3mm，调整精密二维移动平台ⅰ2，使压头6底部处于高清ccd13视野范围内，通过ccd13观察并调整精密二维移动平台ⅱ7，使压头6在空心聚合物微球的正上方；
77.步骤三、将精密天平8清零后开启程序，精密可控升降机构3启动，压头6高度下降
并对空心聚合物微球的上表面施加压力，压头6对空心聚合物微球的施力方向在空心聚合物微球的竖直中心轴线上；当精密天平8数值出现拐点时终止程序，随后通过精密可控升降机构升高压头6的高度，取出空心聚合物微球，即完成一个空心聚合物微球的耐压强度测试。
78.这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本发明的说明的。对本发明的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。
79.尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。