一種彎剛度測(cè)試裝置制造方法
【專(zhuān)利摘要】一種彎剛度測(cè)試裝置，包括光學(xué)鏡頭、高剛度桿、升降裝置、二維移動(dòng)平臺(tái)、激光測(cè)量組、高低溫箱等。二維移動(dòng)平臺(tái)上的支架穿過(guò)高低溫箱底部的通孔到高低溫箱內(nèi)，支架上固定被測(cè)件安裝座，被測(cè)件安裝座上安裝被測(cè)件，高剛度桿豎直穿過(guò)高低溫箱作用在被測(cè)件上，高剛度桿上端通過(guò)力傳感器與升降裝置固接，光學(xué)鏡頭通過(guò)安裝座固定在高低溫箱頂部的觀察窗上，激光測(cè)量組固定在高低溫箱外且和高低溫箱側(cè)面的觀測(cè)窗位置相對(duì)。本實(shí)用新型采用了位移補(bǔ)償法，不改變作用在被測(cè)件上力的方向，通過(guò)二維移動(dòng)平臺(tái)和光學(xué)鏡頭保證力臂不變，利用激光測(cè)量組獲得轉(zhuǎn)角變形，從而精確獲得測(cè)件抗彎剛度的彎矩-角變形曲線。使用方便、可靠性強(qiáng)、實(shí)時(shí)性好、測(cè)量精度高。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種彎剛度測(cè)試裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及構(gòu)件高低溫環(huán)境條件下的抗彎剛度測(cè)試領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]對(duì)結(jié)構(gòu)件進(jìn)行剛度測(cè)試時(shí)如無(wú)特殊要求通常都是在常溫下進(jìn)行的，現(xiàn)有的剛度測(cè)試根據(jù)不同的測(cè)試要求和應(yīng)用領(lǐng)域，有多種方法和結(jié)構(gòu)，但是對(duì)于處于高低溫環(huán)境中的構(gòu)件剛度測(cè)試，由于測(cè)試工裝夾具、加載機(jī)構(gòu)等在高低溫環(huán)境下會(huì)熱脹冷縮產(chǎn)生變形，從而影響力的加載、力矩及角度的測(cè)量，再者因環(huán)境的過(guò)冷過(guò)熱，大多數(shù)測(cè)試用精密儀器或設(shè)備將無(wú)法正常使用，影響測(cè)試工作的進(jìn)行。
[0003]現(xiàn)階段高低溫下的抗彎剛度測(cè)試是在高低溫箱內(nèi)進(jìn)行的，所述機(jī)構(gòu)件放置在高低溫箱內(nèi)，所述被測(cè)件為懸臂梁。專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)枮镃N200810124707.8的“彎扭結(jié)構(gòu)變形的激光放大測(cè)量方法”中提到了一種將激光發(fā)射器固定在構(gòu)件待測(cè)轉(zhuǎn)角部位上，利用光杠桿原理將微小變形進(jìn)行放大的一種構(gòu)件剛度測(cè)試方法，可實(shí)現(xiàn)非接觸式測(cè)量。但是，對(duì)于高低溫下的剛度測(cè)試，激光發(fā)射器不能位于構(gòu)件上，且測(cè)試過(guò)程中，還得考慮到機(jī)座的形變量。專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)枮?01110370253.4的“高低溫箱內(nèi)被測(cè)件的三維變形測(cè)量裝置”以及專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)枮?01110370271.2的“高低溫箱內(nèi)機(jī)械裝置三維微小變形的高精度測(cè)量系統(tǒng)”提供一種高低溫箱內(nèi)構(gòu)件三維變形的測(cè)量方法，但是此類(lèi)方法只能跟隨某一點(diǎn)的三維位移，而剛度測(cè)試需獲得精確的加載力以及力臂的大小。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了克服溫度的影響，提高抗彎剛度測(cè)試的可靠性及測(cè)量精度要求，本實(shí)用新型提供一種基于激光測(cè)量組、光學(xué)鏡頭和移動(dòng)平臺(tái)的在高低溫環(huán)境條件下對(duì)結(jié)構(gòu)件進(jìn)行彎剛度測(cè)試的裝置及方法。
[0005]本實(shí)用新型解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:
[0006]一種彎剛度測(cè)試裝置，包括光學(xué)鏡頭、高剛度桿、升降裝置、二維移動(dòng)平臺(tái)、激光測(cè)量組、高低溫箱等。所述二維移動(dòng)平臺(tái)位于高低溫箱的下方，所述升降裝置位于高低溫箱的上方，所述高低溫箱頂部和側(cè)面設(shè)有觀察窗，所述光學(xué)鏡頭通過(guò)安裝座固定在高低溫箱頂部的觀察窗上。
[0007]所述二維移動(dòng)平臺(tái)上至少有兩個(gè)支架，所述支架穿過(guò)高低溫箱底部的通孔到高低溫箱內(nèi)，所述支架上固定被測(cè)件安裝座，所述被測(cè)件安裝座上安裝被測(cè)件。
[0008]所述高剛度桿下端為光滑球面，所述高剛度桿豎直穿過(guò)高低溫箱作用在被測(cè)件上，所述高剛度桿上端通過(guò)力傳感器與升降裝置固接。
[0009]所述光學(xué)鏡頭內(nèi)有帶有十字準(zhǔn)心的分劃板。
[0010]所述激光測(cè)量組包括角錐反光鏡、激光頭和計(jì)算模塊，所述激光頭固定在高低溫箱外且和高低溫箱側(cè)面的觀測(cè)窗位置相對(duì)，所述角錐反光鏡通過(guò)角錐反光鏡安裝座分別固定在被測(cè)件末端和被測(cè)件安裝座上，所述角錐反光鏡安裝座上的角錐反光鏡有兩個(gè)且間距為定值，所述每個(gè)激光頭對(duì)應(yīng)一個(gè)角錐反光鏡。
[0011]本實(shí)用新型的測(cè)試方法是:
[0012]1、常溫下，在被測(cè)件和被測(cè)件安裝座的根部中心設(shè)一個(gè)標(biāo)定點(diǎn)。
[0013]2、測(cè)量出光學(xué)鏡頭中心與高剛度桿之間的距離值L ;調(diào)整光學(xué)鏡頭的焦距，使得標(biāo)定點(diǎn)出現(xiàn)在光學(xué)鏡頭的目鏡內(nèi)；通過(guò)二維移動(dòng)平臺(tái)微調(diào)被測(cè)件的位置，使得標(biāo)定點(diǎn)與分劃板的十字準(zhǔn)心中心重合。
[0014]3、調(diào)整激光頭，使得激光頭發(fā)射的激光束經(jīng)角錐反光鏡反射，同一角錐反光鏡安裝座上的兩個(gè)角錐反光鏡間光程差為零。
[0015]4、密封高低溫箱，使其達(dá)到測(cè)試所需溫度，待溫度平穩(wěn)后進(jìn)行測(cè)試，通過(guò)光學(xué)鏡頭觀測(cè)標(biāo)定點(diǎn)的位置。
[0016]5、通過(guò)二維移動(dòng)平臺(tái)移動(dòng)被測(cè)件安裝座，直到標(biāo)定點(diǎn)的位置重新回歸到分劃板的十字準(zhǔn)心中心。
[0017]6、控制升降裝置上下移動(dòng)，通過(guò)高剛度桿對(duì)被測(cè)件進(jìn)行加載，通過(guò)傳感器直接測(cè)量出加載的力值大小F，力臂值始終為L(zhǎng)。
[0018]7、通過(guò)激光測(cè)量組測(cè)被測(cè)件轉(zhuǎn)角變形:施加彎矩后，被測(cè)件變形，激光束反射光程改變，同一角錐反光鏡安裝座上的兩個(gè)角錐反光鏡間距為d，兩者光程差記為S，則轉(zhuǎn)角變形Θ =arcSin(S/2d)。被測(cè)件和被測(cè)件安裝座上均安裝有反射鏡，通過(guò)計(jì)算模塊獲得被測(cè)件上轉(zhuǎn)角變形測(cè)量值為Θ 1，被測(cè)件安裝座上轉(zhuǎn)角變形測(cè)量值為θ2，被測(cè)件實(shí)際轉(zhuǎn)角變形即為 θ，= θ 1-θ2。
[0019]7、通過(guò)所測(cè)量的作用力F、力臂L、轉(zhuǎn)角變形Θ ’，繪制能反映被測(cè)件抗彎剛度的彎矩-角變形曲線。
[0020]本實(shí)用新型的設(shè)計(jì)思路及優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)在:
[0021]高低溫環(huán)境下，大多數(shù)測(cè)試用精密儀器或設(shè)備將無(wú)法正常使用，且被測(cè)件底座及被測(cè)件會(huì)因熱脹冷縮產(chǎn)生變形，給抗彎剛度測(cè)試增加了很大的難度。本實(shí)用新型采用了位移補(bǔ)償法，不改變作用在被測(cè)件上力的方向，通過(guò)二維移動(dòng)平臺(tái)保證力臂不變，利用激光測(cè)量組獲得轉(zhuǎn)角變形，從而精確獲得測(cè)件抗彎剛度的彎矩-角變形曲線。
[0022]高剛度桿受高低溫環(huán)境的影響極小，因此利用高剛度桿加載，可以不考慮高低溫環(huán)境下加載構(gòu)件的變形影響；高剛度桿下端為光滑球面，與被測(cè)件表面滑動(dòng)接觸，可保證作用力的方向不受被測(cè)件變形的影響；高剛度桿與升降裝置之間安裝有力傳感器，能夠極為方便的測(cè)出作用在被測(cè)件上力值的大小。
[0023]標(biāo)定出被測(cè)件與被測(cè)件根部中心的位置，簡(jiǎn)化為抗彎剛度試驗(yàn)的彎矩作用點(diǎn)，調(diào)整標(biāo)定點(diǎn)位于高低溫箱頂部光學(xué)鏡頭分劃板的十字準(zhǔn)心的中心，由于光學(xué)鏡頭與高剛度桿位于同一平面內(nèi)，標(biāo)定點(diǎn)到高剛度桿間的垂直距離即為力臂大小。被測(cè)件變形后，標(biāo)定點(diǎn)隨被測(cè)件偏移，通過(guò)二維移動(dòng)平臺(tái)移動(dòng)被測(cè)件直到標(biāo)定點(diǎn)重新位于分劃板十字準(zhǔn)心的中心。
[0024]被測(cè)件安裝座是通過(guò)支架與高低溫箱外的二維移動(dòng)平臺(tái)固定的，支架與保溫箱之間有一定的間隙，可滿足調(diào)節(jié)時(shí)的要求，又不影響高低溫箱的密封效果。
[0025]被測(cè)件的相應(yīng)轉(zhuǎn)角變形可通過(guò)激光測(cè)量組進(jìn)行非接觸式測(cè)量。其中激光測(cè)量組應(yīng)用了雷達(dá)原理、多普勒頻差效應(yīng)及光學(xué)外差原理，利用反射鏡移動(dòng)時(shí)激光束反射所產(chǎn)生的頻移來(lái)進(jìn)行位移測(cè)量。在被測(cè)件安裝座也布置一組激光頭及角錐反光鏡，測(cè)量其角變形量，是為避免工裝夾具等受力產(chǎn)生附加變形摻入構(gòu)件剛度測(cè)試中。最后通過(guò)計(jì)算得到構(gòu)件兩端的變形角，其差值即為構(gòu)件實(shí)際撓曲角，測(cè)量精度高。
[0026]本實(shí)用新型的有益效果主要表現(xiàn)在:能對(duì)被測(cè)件進(jìn)行精確地施加彎矩以及測(cè)量撓曲角變形量，且使用方便，可靠性強(qiáng)，具有測(cè)量精度高、實(shí)時(shí)性好、能輸出反映構(gòu)件抗彎剛度特性的彎矩一轉(zhuǎn)角曲線等特點(diǎn)。
[0027]說(shuō)明書(shū)附圖
[0028]圖1是一種彎剛度測(cè)試裝置示意圖
[0029]圖2是目鏡圖像示意圖
[0030]圖3是轉(zhuǎn)角測(cè)量計(jì)算示意圖
【具體實(shí)施方式】
[0031]結(jié)合圖1至圖3，一種彎剛度測(cè)試裝置，所述測(cè)試裝置包括光學(xué)鏡頭14、高剛度桿
11、升降裝置13、二維移動(dòng)平臺(tái)1、激光測(cè)量組、高低溫箱3等。所述二維移動(dòng)平臺(tái)I位于高低溫箱3的下方，所述升降裝置13位于高低溫箱3的上方，所述高低溫箱3頂部和側(cè)面設(shè)有觀察窗9，所述光學(xué)鏡頭14通過(guò)安裝座15固定在高低溫箱3頂部的觀察窗9上。
[0032]所述二維移動(dòng)平臺(tái)I上安裝支架2，所述支架2穿過(guò)高低溫箱3底部的通孔到高低溫箱內(nèi)，所述支架2上固定被測(cè)件安裝座4，所述被測(cè)件安裝座4上安裝被測(cè)件5。
[0033]所述高剛度桿11下端為光滑球面，所述高剛度桿11豎直穿過(guò)高低溫箱3作用在被測(cè)件5上，所述高剛度桿11上端通過(guò)力傳感器12與升降裝置13固接。
[0034]所述光學(xué)鏡頭14內(nèi)有帶有十字準(zhǔn)心16的分劃板。
[0035]所述被測(cè)件5和被測(cè)件安裝座4的根部中心設(shè)一個(gè)標(biāo)定點(diǎn)10。
[0036]激光測(cè)量組包括角錐反光鏡7、激光頭8和計(jì)算模塊，所述激光頭8固定在高低溫箱3外且和高低溫箱側(cè)面的觀測(cè)窗9位置相對(duì)，所述角錐反光鏡7通過(guò)角錐反光鏡安裝座6分別固定在被測(cè)件5和被測(cè)件安裝座4上，所述角錐反光鏡安裝座6垂直被測(cè)件5，所述角錐反光鏡安裝座6上的角錐反光鏡7有兩個(gè)且間距為d，所述每個(gè)激光頭8對(duì)應(yīng)一個(gè)角錐反光鏡7。
[0037]一個(gè)角錐反光鏡安裝座上有兩個(gè)角錐反光鏡，已知其間距為d。如圖3所示，初始狀態(tài)(兩只反光鏡與光線垂直即AB垂直光線)時(shí)，激光頭H1、H2向A、B處的兩只反光鏡分別發(fā)射激光并進(jìn)行接收，此時(shí)光程之差為零；施加彎矩后，被測(cè)件變形兩只反光鏡分別移至C、D兩處。從而可從兩只激光頭上分別獲取AC、BD在光線方向的距離，兩者光程差為S，則deltl=s/2,所以轉(zhuǎn)角變形Θ farcsir^deltl/cDzarcsir^s/^d)。同理可得被測(cè)件另一端的轉(zhuǎn)角變形92=arcsin(delt2/d)，所以可得被測(cè)件實(shí)際轉(zhuǎn)角變形即為Θ’ = Θ1-Θ2。
【權(quán)利要求】
1.一種彎剛度測(cè)試裝置，其特征在于:包括光學(xué)鏡頭、高剛度桿、升降裝置、二維移動(dòng)平臺(tái)、激光測(cè)量組、高低溫箱等；所述二維移動(dòng)平臺(tái)位于高低溫箱的下方，所述升降裝置位于高低溫箱的上方，所述高低溫箱頂部和側(cè)面設(shè)有觀察窗，所述光學(xué)鏡頭通過(guò)安裝座固定在高低溫箱頂部的觀察窗上； 所述二維移動(dòng)平臺(tái)上至少有兩個(gè)支架，所述支架穿過(guò)高低溫箱底部的通孔到高低溫箱內(nèi)，所述支架上固定被測(cè)件安裝座，所述被測(cè)件安裝座上安裝被測(cè)件； 所述高剛度桿下端為光滑球面，所述高剛度桿豎直穿過(guò)高低溫箱作用在被測(cè)件上，所述高剛度桿上端通過(guò)力傳感器與升降裝置固接； 所述光學(xué)鏡頭內(nèi)有帶有十字準(zhǔn)心的分劃板； 所述激光測(cè)量組包括角錐反光鏡、激光頭和計(jì)算模塊；所述激光頭固定在高低溫箱外且和高低溫箱側(cè)面的觀測(cè)窗位置相對(duì)，所述角錐反光鏡通過(guò)角錐反光鏡安裝座分別固定在被測(cè)件末端和被測(cè)件安裝座上，所述角錐反光鏡安裝座上的角錐反光鏡有兩個(gè)且間距為定值，所述每個(gè)激光頭對(duì)應(yīng)一個(gè)角錐反光鏡。
【文檔編號(hào)】G01N3/20GK203561562SQ201320595661
【公開(kāi)日】2014年4月23日 申請(qǐng)日期:2013年9月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月25日
【發(fā)明者】葉必卿, 柴容旺 申請(qǐng)人:浙江工業(yè)大學(xué)