在带铰链的装置上执行载荷测量的方法和装置与流程

在带铰链的装置上执行载荷测量的方法和装置
1.相关申请
2.本技术要求于2020年4月30日申请的名称为“methods and apparatus to perform load measurements on hinged devices(在带铰链的装置上执行载荷测量的方法和装置)”的美国临时专利申请第63/018,130号以及于2021年4月1日申请的名称为“methods and apparatus to perform load measurements on hinged devices(在带铰链的装置上执行载荷测量的方法和装置)”的美国专利申请第17/220,587号的优先权。美国临时专利申请第63/018,130号和美国专利申请第17/220,587号的全部内容通过引用明确地并入本文中。


背景技术：

3.本公开总体上涉及材料测试，并且更具体地，涉及在柔性基板上执行载荷测量的方法和装置。
4.组件或组件的运动部件的可靠性测试可能涉及重复地执行部件的预期和/或非预期运动，以核实部件和/或组件在所定义的最少运动循环次数内能可靠地工作。例如，柔性基板的可靠性测试可能涉及以一种或多种方式重复地弯曲基板，同时测试装置的连续工作和/或监视各种失效模式。


技术实现要素：

5.本技术公开了在带铰链的装置上执行载荷测量的方法和装置，基本上在至少一个附图中示出并结合至少一个附图进行了描述，在权利要求中更完整地做出了阐述。
附图说明
6.在参照附图阅读以下详细描述时,本公开的这些和其他特征、方面和优点将得到更好的理解，其中贯穿各附图，相似的附图标记表示相似的部分，在附图中:
7.图1是根据本公开的各方面的用于在带铰链的装置上执行机械性能测试的示例性带铰链的装置测试系统的方框图。
8.图2是图1的带铰链的装置测试系统的示例性实施方式的方框图。
9.图3是图1的带铰链的装置测试系统的示例性实施方式的立体图。
10.图4a是图3的示例性带铰链的装置测试系统的正视图，其中带铰链的装置处于打开或展开位置。
11.图4b是图3的示例性带铰链的装置测试系统的正视图，其中带铰链的装置处于闭合或折叠位置。
12.图5是示例性第一板、挠性件和测力单元(load cell)的更详细的视图。
13.图6是图3的示例性带铰链的装置测试系统的侧视图。
14.图7是图3的示例性带铰链的装置测试系统的平面图。
15.图8示出了图1的平移联动装置的另一个示例性实施方式的部分分解视图。
16.附图不一定按比例绘制。在任何适当的情况下，相似或相同的附图标记用于表示相似或相同的部件。
具体实施方式
17.柔性试样通常包括具有约束机构的组件和/或装置，例如简单铰链、双铰链、椭圆机构和/或其他形式的约束结构。常规的测量系统不能表征与涉及这种约束机构的柔性试样相关的力，因为常规的测量系统不能在不过度约束试样(导致损坏)的情况下折叠这些试样，和/或因为约束机构产生的反作用力通常比柔性材料试样产生的反作用力大许多数量级。
18.所公开的示例性带铰链的装置测试系统为带铰链的装置提供重复的应力测试和/或载荷测量，同时减小或最小化由带铰链的装置测试系统本身在带铰链的装置上引起的额外的应力。例如，一些所公开的带铰链的装置测试系统允许试样被系统折叠，同时允许试样的约束装置(例如铰链)确定试样的确切折叠路径，由此以与试样的最终预期用途相同的方式测试试样。
19.一些所公开的带铰链的装置测试系统包括提供带铰链的装置的重复的折叠和展开的夹具，例如带铰链的移动电子装置(例如智能手机)。在一些示例中，测试系统被配置成使得在可折叠基板上的力被测量时，带铰链的装置的铰链控制可折叠基板的折叠和展开路径。所公开的示例对夹紧进行配置，例如对运动部件进行引导，使得在带铰链的装置的侧面被折叠在一起或展开时，夹具不会在带铰链的装置的铰链上产生额外的力。
20.在一些示例中，带铰链的装置测试系统包括平移联动装置，以限制装置上的不在使用带铰链的装置测试系统测量的方向上的力。作为示例，平移联动装置可以将带铰链的装置的测量侧上的侧向力转化为测量方向上的力(例如与带铰链的装置的表面垂直的力、与铰链的折叠阻力相关的力等)。
21.所公开的带铰链的装置测试系统的示例包括活动的或运动的部分和静止的载荷测量部分。活动的部分的示例包括将多个驱动臂关节连接的旋转轴。每个驱动臂具有一个槽，凸轮从动件(例如轴承)可以在槽中自由地沿着驱动臂径向地行进。每个轴承被固定到共用的安装板，该安装板使带铰链的装置连接到安装板的那一部分运动。静止的载荷测量部分被附着在与活动侧相同的底板上。静止侧具有静态的静止安装板，带铰链的装置的另一部分被附接到该静止安装板。在一些示例中，静止安装板使用平行的挠性件悬置在底板上方。除了平行的挠性件之外，测力单元(例如包括相应的适配器部件)将静止安装板连接到底板。
22.在一些示例中，静止侧还包括刚性安装点，该刚性安装点与载荷测量路径分离开，铰链的部分可以附接到该刚性安装点，以减小或消除铰链的力。通过为试样的约束机构提供刚性安装点，所公开的示例能够对试样的折叠力进行高敏感度的测量，因为与约束机构相关的反作用力与载荷测量隔离开。
23.所公开的示例性带铰链的装置测试系统具有足够的通用性，以适应各种约束机构，包括铰链、双铰链和尚未设计的机构。所公开的示例可以以很少调整或甚至没有调整(例如2mm的弯度、3mm的弯度等)适应不同的试样尺寸。所公开的示例能够通过将试样连接到相同的驱动轴来扩展到一次测试多个试样。此外，所公开的示例性测试系统是便宜的。
24.图1是用于在带铰链的装置102上执行机械性能测试的示例性带铰链的装置测试系统100的方框图。示例性带铰链的装置102可以是具有一个或多个铰链104的电子装置或其他装置，该铰链104允许带铰链的装置102的至少第一部分106和第二部分108至少部分地折叠。图1的系统100被配置成重复地折叠和展开带铰链的装置102，以测量与折叠和展开相关的力(例如阻力、弹簧力等)。图1示出了处于展开或平坦位置(实线)和折叠位置(虚线)的带铰链的装置102。
25.示例性系统100包括第一板110、第二板112、连接到第二板112的一个或多个凸轮从动件114、一个或多个驱动臂116、致动器118、一个或多个测力单元120和平移联动装置122。系统100可以包括附加的特征，例如结构支撑或框架、处理电路系统、通信和/或输入/输出(i/o)电路系统和/或任何其他部件。
26.第一板110具有第一表面124，带铰链的装置102的第一侧106被附接或附着到该第一表面124并且被保持为相对于第一表面124静止。第二板112具有第二表面126，带铰链的装置102的第二侧108被附接或附着到该第二表面126并且被保持为相对于第二表面126静止。板110、112被间隙分隔开，该间隙由铰链104跨接。
27.驱动臂116使相应的凸轮从动件114运动，以使第二板108围绕带铰链的装置102的铰链104的枢转轴线旋转。致动器118使驱动臂116旋转，以使第二板112将带铰链的装置102的第二部分108从第一位置(以实线示出)朝向折叠位置(以虚线示出)向第一部分106运动。驱动臂116允许凸轮从动件114沿着驱动臂116的长度运动，使得系统100限制或消除第二板112或驱动臂116的重量作用在带铰链的装置102的第一部分106上的力，使得在带铰链的装置102的第一部分106上的被测量的力完全由铰链104的致动确定。
28.在一些示例中，致动器118可以是附接到驱动臂116的电动机，以使驱动臂116围绕驱动臂116的枢轴旋转。
29.在致动器118使第二板112运动时，测力单元120测量第一板110上的载荷。具体地，在带铰链的装置102被折叠时，测力单元112通过测量由带铰链的装置102的第一侧116施加到第一板110上的载荷来测量带铰链的装置102上的应力(例如折叠力)。
30.平移联动装置122限制第一板110在除了由第一板110对测力单元120进行加载所沿着的方向以外的方向上的运动。例如，如果测力单元120被配置成测量在与第一表面122的平面垂直的方向上的载荷，则平移联动装置122限制第一板110在与第一表面124的平面平行的方向上的运动，同时允许载荷从第一板110被传递到测力单元120。示例性平移联动装置122可以包括一个或多个四杆联动装置，该四杆联动装置连接至相对于测力单元120固定的框架。在一些示例中，平移联动装置122在朝向测力单元120的方向上被进一步限制，以防止测力单元120的过载。例如，止动点可以被附接到框架上，以防止四杆联动装置和第一板110朝向测力单元120的运动超过止动点。
31.在操作中，在将带铰链的装置102固定到第一板110和第二板112之后，可以使示例性测力单元120偏移或补偿，以从测试测量值中减去预加载荷。例如，由于第一板110的重量、平移联动装置122的重量和/或第一板110上的带铰链的装置102的第一侧106和/或铰链104的重量，可能发生在测力单元120上的预加载荷。通过确定测力单元120上的预加载荷，测力单元120可以被校准或补偿，以测量折叠和展开期间带铰链的装置102上的应力。
32.图2是图1的带铰链的装置测试系统100的示例性实施方式的方框图。如图2所示，
带铰链的装置测试系统100包括测试夹具201和计算装置202。
33.示例性计算装置202可以是通用计算机、笔记本电脑、平板电脑、移动装置、服务器、一体式计算机和/或任何其他类型的计算装置。图2的计算装置202包括处理器203，处理器203可以是通用中央处理单元(cpu)。在一些示例中，处理器203可以包括一个或多个专用处理单元，例如fpga、具有arm内核的risc处理器、图形处理单元、数字信号处理器和/或片上系统(soc)。处理器203执行机器可读指令204，该机器可读指令204可以被本地存储在处理器中(例如在内置的缓存或soc中)、在随机存取存储器206(或其他易失性存储器)中、在只读存储器208(或诸如闪存的其他非易失性存储器)中和/或在大容量存储装置210中。示例性大容量存储装置210可以是硬盘驱动器、固态存储驱动器、混合驱动器、raid阵列和/或任何其他大容量数据存储装置。总线212实现处理器203、ram206、rom208、大容量存储装置210、网络接口214和/或输入/输出接口216之间的通信。
34.示例性网络接口214包括用于将计算装置201连接到诸如因特网的通信网络218的硬件、固件和/或软件。例如，网络接口214可以包括用于发射和/或接收通信内容的ieee 202.x兼容的无线和/或有线通信硬件。
35.图2的示例性i/o接口216包括硬件、固件和/或软件，以将一个或多个输入/输出装置220连接到处理器203，以向处理器203提供输入和/或从处理器203提供输出。例如，i/o接口216可以包括用于与显示装置接口连接的图形处理单元、用于与一个或多个usb兼容的装置接口连接的通用串行总线端口、火线(firewire)、现场总线和/或任何其他类型的接口。示例性伸长计系统包括耦接到i/o接口216的显示装置224(例如lcd屏幕)。其他示例性i/o装置220可以包括键盘、小键盘、鼠标、跟踪球、定点装置、麦克风、音频扬声器、显示装置、光学介质驱动器、多点触控式触摸屏、手势识别接口、磁性介质驱动器和/或任何其他类型的输入和/或输出装置。
36.计算装置202可以经由i/o接口216和/或i/o装置220访问非暂时性机器可读介质222。图8的机器可读介质222的示例包括光盘(例如致密光盘(cd)、数字多功能/视频光盘(dvd)、蓝光光盘等)、磁性介质(例如软盘)、便携式存储介质(例如便携式闪存驱动器、安全数字(sd)卡等)和/或任何其他类型的可移除和/或安装的机器可读介质。
37.测试夹具201耦接到计算装置202。在图2的示例中，测试夹具201经由i/o接口216耦接到计算装置，例如经由usb端口、雷电(thunderbolt)端口、火线(ieee 1394)端口和/或任何其他类型的串行或并行数据端口。在一些示例中，测试夹具201经由有线或无线连接(例如以太网、wi-fi等)直接或经由网络218耦接到网络接口214和/或i/o接口216。
38.测试夹具201包括框架228、测力单元230、材料夹具236和控制处理器238。框架228为执行测试的测试夹具201的其他部件提供刚性结构支撑。测力单元230可以实现图1的测力单元120，并且测量由致动器246经由夹持器248(例如板110、120)施加到被测试的材料(例如带铰链的装置102)的力。
39.在夹持器248抓住被测试的材料或以其他方式将被测试的材料连接到致动器246时，致动器246对被测试的材料施加力和/或迫使被测试的材料位移。
40.可以用于提供测试夹具201的部件的力和/或运动的示例性致动器包括电动机、气动致动器、液压致动器、压电致动器、继电器和/或开关。虽然示例性测试夹具201使用电动机，例如伺服或直接驱动式直线电动机，但是其他系统可以使用不同类型的致动器。例如，
基于系统的需求，可以使用液压致动器、气动致动器和/或任何其他类型的致动器。
41.根据被测试的机械性能和/或被测试的材料，示例性夹持器236包括压板、夹子和/或其他类型的夹具。夹持器236可以被手动地配置、经由手动输入控制，和/或由控制处理器238自动地控制。
42.测试系统100还可以包括一个或多个控制面板250，包括一个或多个输入装置252。输入装置252可以包括位于操作者控制面板上的按钮、开关和/或其他输入装置。例如，输入装置252可以包括控制致动器242将夹持器248小幅移动(例如定位)到期望位置的按钮、控制夹持器248闭合或打开(例如经由另一致动器)的开关(例如脚踏开关)和/或控制测试夹具201的操作的任何其他输入装置。
43.示例性控制处理器238与计算装置202通信,以例如从计算装置202接收测试参数和/或向计算装置202报告测量值和/或其他结果。例如，控制处理器238可以包括一个或多个通信或i/o接口，以实现与计算装置202的通信。控制处理器238可以控制致动器246在给定方向上运动和/或控制致动器246的速度，控制夹具236抓住或释放被测试的材料，和/或接收来自位移传感器232、测力单元230和/或其他传感器的测量值。
44.示例性控制处理器238被配置为实施重复的运动测试过程，其中测试试样(例如带铰链的装置102)在测试夹具201中接受测试。例如，为了在一系列折叠和展开运动期间或之后测量带铰链的装置102上的应力，控制处理器238控制致动器246，以在监视测力单元230的同时使夹持器248(例如第一和第二板110、112)运动，以测量带铰链的装置102上的应力。在一些示例中，控制处理器238监视致动器246的电机编码器以确定折叠角度和/或建立每脉冲折叠度比率。
45.图3是图1的带铰链的装置测试系统100的示例性实施方式的立体图。图3的示例性视图示出了附接到带铰链的装置测试系统100的示例性带铰链的装置102的铰链104以及第一和第二部分106、108。图3还示出了两个示例性驱动臂116a、116b，它们被配置成经由相应的凸轮从动件114a、114b使第二板112运动。图4a是图3的示例性带铰链的装置测试系统100的正视图，其中带铰链的装置102处于打开或展开位置。图4b是图3的示例性带铰链的装置测试系统100的正视图，其中带铰链的装置102处于闭合或折叠位置。
46.如图3、4a和4b所示，驱动臂116a、116b包括各自的槽302a、302b，槽302a、302b从驱动臂116a、116b的枢转轴线304径向地延伸。在图3的示例中，致动器118经由限定枢转轴线304的轴306致动(例如旋转)驱动臂116a、116。槽302a、302b在驱动臂116a、116旋转时引导各自的凸轮从动件114a、114b，同时允许凸轮从动件114a、114b在驱动臂116a、116b旋转时沿着槽302a、302b的长度自由地运动。凸轮从动件114a、114b经由连接凸轮从动件114a、114b的支撑轴314连接到第二板112。
47.图3、4a和4b的示例性带铰链的装置测试系统100经由连接到底板310的铰链支撑板308a、308b限制测力单元120上的来自铰链104a、104b的载荷。在测试期间，铰链支撑板308a、308b保持铰链104a、104b的各自的第一侧与第一板110分隔开。因此，铰链104a、104b在带铰链的装置102的折叠和展开期间产生的阻力被传递到铰链支撑板308a、308b，而不是被传递到第一板110和测力单元120。
48.示例性平移联动装置122包括连接到底板310的挠性件312a、312b。挠性件312a、312b支撑第一板110并允许载荷从带铰链的装置102被传递到测力单元120。挠性件312a、
312b限制第一板110在除了测力单元120测量力的方向以外的方向上的运动。
49.虽然上面公开的示例包括整个带铰链的装置102，但是在其他示例中，铰链104a、104b可以被直接连接到第一和第二板110、112，而没有带铰链的装置102的第一和第二部分106、108。额外地或可替代地，虽然在图3中示出了两个驱动臂116a、116b，但是其他示例可以包括一个驱动臂或三个或更多个驱动臂。
50.图5是示例性第一板110、挠性件312a、312b和测力单元120的更详细的视图。示例性挠性件312a、312b由连接到底板310的支架502a、502b支撑。
51.挠性件312a、312b包括附接到支架502a、502b和第一板110的金属条，以支撑第一板110的重量。第一板110还连接到测力单元120，以将载荷传递到测力单元120进行测量。
52.为了避免测力单元120的过载，第一板110包括止动点，该止动点被配置成防止第一板110朝向测力单元120行进超过止动点。在所示的示例中，止动点是使用止动块504a、504b实现的。支撑支架506a、506b将挠性件312a、312b连接到第一板110。止动块504a、504b被配置成在将挠性件312a、312b连接到第一板110的支撑支架506a、506b的预定行程量(例如第一板110上的预定载荷量)后，将支撑支架506a、506b止动。
53.图6是图3的示例性带铰链的装置测试系统100的侧视图。图7是图3的示例性带铰链的装置测试系统100的平面图。
54.图8示出了图1的平移联动装置122的另一个示例性实施方式的部分分解视图。图8的示例性平移联动装置122包括第一四杆联动装置802、第二四杆联动装置804和框架806。框架806被连接为相对于底板310静止(例如经由铰链支撑板308a、308b或其他结构)。框架806和测力单元120相对于彼此静止。
55.四杆联动装置802、804的内部联动装置808、810被连接到第一板110。中间联动装置812、814、816、818将内部联动装置802、804连接到框架806。类似图3的挠性件312a、312b，第一和第二四杆联动装置802、804限制第一板110在与在其上安装有带铰链的装置102的第一部分106的第一板110的表面平行的方向上的运动，同时允许来自第一板110的载荷在与第一板110的表面垂直的方向上被传递到测力单元120(例如经由连接到测力单元120的延伸柱308)。
56.本方法和系统可以在硬件、软件和/或硬件和软件的组合中实现。本方法和/或系统可以以集中的方式在至少一个计算系统中实现，或者以其中不同的元件分布在几个互连的计算系统中的分布方式实现。适用于执行本文描述的方法的任何类型的计算系统或其他装置都是适合的。硬件和软件的典型组合可以包括具有程序或其他代码的通用计算系统，该程序或代码在被加载和执行时控制计算系统，使得计算系统执行本文所述的方法。另一个典型的实施方式可以包括专用集成电路或芯片。一些实施方式可以包括非暂时性机器可读(例如计算机可读)介质(例如闪存驱动器、光盘、磁性存储盘等)，其上存储有可由机器执行的一行或多行代码，由此使得机器执行如本文所述的过程。如本文所使用的，术语“非暂时性机器可读介质”被定义为包括所有类型的机器可读存储介质，并且不包括传播信号。
57.如本文所使用的，术语“电路”和“电路系统”是指实体电子部件(即硬件)以及可以配置硬件、由硬件执行和/或以其他方式与硬件相关联的任何软件和/或固件(“代码”)。如本文所使用的，例如，特定的处理器和存储器在执行第一行或多行代码时可以构成第一“电路”，并且在执行第二行或多行代码时可以构成第二“电路”。如本文所使用的，“和/或”是指
由“和/或”连接的列表中的多个项中的任何一项或多项。作为示例，“x和/或y”是指三元素集{(x),(y),(x,y)}中的任何元素。换言之，“x和/或y”是指“x和y中的一个或两个”。作为另一个示例，“x、y和/或z”是指七元素集{(x),(y),(z),(x,y),(x,z),(y,z),(x,y,z)}中的任何元素。换言之，“x、y和/或z”是指“x、y和z中的一个或多个”。如本文所使用的，术语“示例性”是指用作非限制性示例、实例、或图示。如本文所使用的，术语“例如”和“诸如”引出一个或多个非限制性示例、实例、或图示的列表。如本文所使用的，只要电路系统包括执行某功能的必要硬件和代码(如果有必要的话)，电路系统就是“可操作的”以执行该功能，无论该功能的执行是否被禁用或未被启用(例如通过用户可配置的设置、出厂调整等)。
58.虽然已经参考某些实施方式描述了本方法和/或系统，但是本领域技术人员将理解，可以做出各种改变并且可以用等效物替换，而不脱离本方法和/或系统的范围。例如，所公开的示例的方框和/或部件可以被组合、分割、重新布置和/或以其他方式被修改。此外，可以做出许多修改以使特定的情况或材料适用于本公开的教导，而不脱离本公开的范围。因此，本方法和/或系统不限于所公开的特定实施方式。相反地，本方法和/或系统将包括落入所附权利要求的范围内的所有实施方式，无论从字面上还是按照等同原则。