高低溫環(huán)境下精確測量彎剛度的裝置制造方法
【專利摘要】高低溫環(huán)境下精確測量彎剛度的裝置，包括光學(xué)鏡頭、高剛度桿、三維移動平臺、激光測量組、高低溫箱等，高低溫箱內(nèi)通過被測件安裝座固定被測件，高剛度桿豎直穿過高低溫箱作用在被測件上，高剛度桿上端通過力傳感器與三維移動平臺固接，光學(xué)鏡頭通過安裝座垂直固定在高剛度桿上，激光測量組固定在高低溫箱外且和高低溫箱側(cè)面的觀測窗位置相對。本發(fā)明采用可移動的高剛度桿進行加載，通過光學(xué)鏡頭保證力臂不變，利用激光測量組獲得轉(zhuǎn)角變形，從而精確獲得測件抗彎剛度的彎矩-角變形曲線。使用方便、可靠性強、實時性好、測量精度高。
【專利說明】高低溫環(huán)境下精確測量彎剛度的裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及構(gòu)件高低溫環(huán)境條件下的抗彎剛度測試領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]對結(jié)構(gòu)件進行剛度測試時如無特殊要求通常都是在常溫下進行的，現(xiàn)有的剛度測試根據(jù)不同的測試要求和應(yīng)用領(lǐng)域，有多種方法和結(jié)構(gòu)，但是對于處于高低溫環(huán)境中的構(gòu)件剛度測試，由于測試工裝夾具、加載機構(gòu)等在高低溫環(huán)境下會熱脹冷縮產(chǎn)生變形，從而影響力的加載、力矩及角度的測量，再者因環(huán)境的過冷過熱，大多數(shù)測試用精密儀器或設(shè)備將無法正常使用，影響測試工作的進行。
[0003]現(xiàn)階段高低溫下的抗彎剛度測試是在高低溫箱內(nèi)進行的，所述機構(gòu)件放置在高低溫箱內(nèi)，所述被測件為懸臂梁。專利申請?zhí)枮镃N200810124707.8的“彎扭結(jié)構(gòu)變形的激光放大測量方法”中提到了一種將激光發(fā)射器固定在構(gòu)件待測轉(zhuǎn)角部位上，利用光杠桿原理將微小變形進行放大的一種構(gòu)件剛度測試方法，可實現(xiàn)非接觸式測量。但是，對于高低溫下的剛度測試，激光發(fā)射器不能位于構(gòu)件上，且測試過程中，還得考慮到機座的形變量。專利申請?zhí)枮?01110370253.4的“高低溫箱內(nèi)被測件的三維變形測量裝置”以及專利申請?zhí)枮?01110370271.2的“高低溫箱內(nèi)機械裝置三維微小變形的高精度測量系統(tǒng)”提供一種高低溫箱內(nèi)構(gòu)件三維變形的測量方法，但是此類方法只能跟隨某一點的三維位移，而剛度測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，提高抗彎剛度測試的可靠性及測量精度要求，本發(fā)明提供一種可以對結(jié)構(gòu)件進行高低溫環(huán)境條件下的剛度測試方法。
[0005]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:高低溫環(huán)境下精確測量彎剛度的裝置，包括光學(xué)鏡頭、高剛度桿、三維移動平臺、激光測量組、高低溫箱等。
[0006]所述高低溫箱內(nèi)通過被測件安裝座固定被測件。
[0007]所述高剛度桿下端為光滑球面，所述高低溫箱頂部設(shè)有通孔，所述高剛度桿豎直穿過高低溫箱頂部的通孔作用在被測件上，所述三維移動平臺位于高低溫箱的上方，所述高剛度桿上端通過力傳感器與三維移動平臺固接。
[0008]所述高低溫箱頂部和側(cè)面設(shè)有觀察窗，所述光學(xué)鏡頭通過安裝座垂直固定在高剛度桿上，所述光學(xué)鏡頭正對高低溫箱頂部觀察窗，所述光學(xué)鏡頭內(nèi)有帶有十字準心的分劃板。
[0009]所述激光測量組包括角錐反光鏡、激光頭和計算模塊，所述激光頭固定在高低溫箱外且和高低溫箱側(cè)面的觀測窗位置相對，所述角錐反光鏡通過角錐反光鏡安裝座分別固定在被測件末端和被測件安裝座上，所述角錐反光鏡安裝座上的角錐反光鏡有兩個且間距為定值，所述每個激光頭對應(yīng)一個角錐反光鏡。
[0010]本發(fā)明的測試方法是:[0011]1、常溫下，在被測件和被測件安裝座的根部中心設(shè)一個標定點。
[0012]2、調(diào)整光學(xué)鏡頭的焦距，使得標定點出現(xiàn)在光學(xué)鏡頭的目鏡內(nèi)，再通過三維移動平臺微調(diào)高剛度桿的位置，使得標定點與分劃板的十字準心中心重合，記光學(xué)鏡頭中心與高剛度桿之間的垂直距離值L。
[0013]3、密封高低溫箱，使其達到測試所需溫度，待溫度平穩(wěn)后，通過三維移動平臺控制高剛度桿移動進行加載，同時調(diào)整高剛度桿使得標定點位于分劃板的十字準心中心，通過傳感器直接測量出加載的力值大小F，力臂值為L。
[0014]4、通過激光測量組測被測件轉(zhuǎn)角變形:施加彎矩后，被測件變形，激光束反射光程改變，同一角錐反光鏡安裝座上的兩個角錐反光鏡間距為d，兩者光程之差記為S，則轉(zhuǎn)角變形Θ =arcSin(S/2d)。被測件和被測件安裝座上均安裝有反射鏡，通過計算模塊獲得被測件上轉(zhuǎn)角變形測量值為G1，被測件安裝座上轉(zhuǎn)角變形測量值為θ2,被測件實際轉(zhuǎn)角變形即
為 Θ ’= θ『θ 2ο
[0015]5、通過所測量的作用力F、力臂L、轉(zhuǎn)角變形Θ ’繪制能反映被測件抗彎剛度的彎矩-角變形曲線。
[0016]本發(fā)明的設(shè)計思路及優(yōu)點表現(xiàn)在:
[0017]高低溫環(huán)境下，大多數(shù)測試用精密儀器或設(shè)備將無法正常使用，且被測件底座及被測件會因熱脹冷縮產(chǎn)生變形，給抗彎剛度測試增加了很大的難度。本發(fā)明采用可移動的高剛度桿進行加載，通過光學(xué)鏡頭保證力臂不變，利用激光測量組獲得轉(zhuǎn)角變形，從而精確獲得測件抗彎剛度的彎矩-角變形曲線。
[0018]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，與被測件表面滑動接觸，可保證作用力的方向始終豎直，高剛度桿與三維移動平臺之間安裝有力傳感器，能夠極為方便的測出作用在被測件上力值的大小。
[0019]標定出被測件與被測件根部中心的位置，可以簡化為抗彎剛度試驗的轉(zhuǎn)角部位。調(diào)整標定點位于高低溫箱頂部光學(xué)鏡頭分劃板的十字準心的中心。由于光學(xué)鏡頭與高剛度桿位于同一平面內(nèi)，作用力方向不變，因此在高低溫環(huán)境下測試時只需要重新調(diào)整高剛度桿的位置，使得標定點位于分劃板的十字準心的中心，則目鏡中心線至高剛度桿中心的距離即為力臂大小，且被測件豎直方向的變形不影響力臂的測量及抗彎剛度的測試。光學(xué)鏡頭通過固定座與高剛度桿固連接，不可繞高剛度桿旋轉(zhuǎn)，高剛度桿穿過保溫箱且與保溫箱之間有一定的間隙，可滿足調(diào)節(jié)時的要求，又不影響高低溫箱的密封效果。
[0020]被測件的相應(yīng)轉(zhuǎn)角變形可通過激光測量組進行非接觸式測量。其中激光測量組應(yīng)用了雷達原理、多普勒頻差效應(yīng)及光學(xué)外差原理，利用反射鏡移動時激光束反射所產(chǎn)生的頻移來進行位移測量。在被測件安裝座也布置一組激光頭及角錐反光鏡，測量其角變形量，是為避免工裝夾具等受力產(chǎn)生附加變形摻入構(gòu)件剛度測試中。最后通過計算得到構(gòu)件兩端的變形角，其差值即為構(gòu)件實際撓曲角，測量精度高。
[0021 ] 本發(fā)明的有益效果主要表現(xiàn)在:能對被測件進行精確地施加彎矩以及測量撓曲角變形量，且使用方便，可靠性強，具有測量精度高、實時性好、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。[0022]說明書附圖
[0023]圖1是高低溫環(huán)境下精確測量彎剛度的裝置示意圖
[0024]圖2是目鏡圖像示意圖
[0025]圖3是轉(zhuǎn)角測量計算示意圖
【具體實施方式】
[0026]結(jié)合圖1至圖3，高低溫環(huán)境下精確測量彎剛度的裝置，包括光學(xué)鏡頭12、高剛度桿8、力傳感器9、三維移動平臺10、角錐反光鏡5、多普勒激光儀等。
[0027]所述被測件3及其被測件安裝座2放置在高低溫箱I內(nèi)，所述高剛度桿8 一端與三維移動平臺10固定連接，所述高剛度桿8另一端端部為光滑球面且豎直作用在被測件3上，所述高剛度桿8與三維移動平臺10之間安裝力傳感器9。
[0028]所述光學(xué)鏡頭12通過安裝座11垂直固定在高剛度桿8上且位于高低溫箱I外，所述光學(xué)鏡頭12內(nèi)有帶有十字準心14的分劃板，所述光學(xué)鏡頭12正對高低溫箱I頂部觀察窗7，所述光學(xué)鏡頭12中心與高剛度桿8中心在同一個平面內(nèi)。
[0029]所述被測件3和被測件安裝座2的根部中心設(shè)一個標定點13。
[0030]所述激光測量組包括角錐反光鏡5、激光頭6和計算模塊；所述被測件3和被測件安裝座2各安裝一個角錐反光鏡安裝座4，所述角錐反光鏡安裝座垂直高剛度桿，所述一個角錐反光鏡安裝座4上安裝兩個角錐反光鏡5，所述兩個角錐反光鏡5之間的距離為d，所述激光頭安裝在高低溫箱I外且和高低溫側(cè)面的觀察窗位置相對，所述激光頭6發(fā)射激光穿過觀察窗7經(jīng)過角錐反光鏡5反射，所述每個激光頭6對應(yīng)一個角錐反光鏡5。
[0031]所述被測件安裝座2上的角錐反射鏡5及相對于的激光頭6不受高剛度桿的影響。
[0032]一個角錐反光鏡安裝座上有兩個角錐反光鏡，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，激光頭H1、H2向A、B處的兩只反光鏡分別發(fā)射激光并進行接收，此時光程之差為零；施加彎矩后，被測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)。同理可得被測件另一端的轉(zhuǎn)角變形92=arcsin(delt2/d)，所以可得被測件實際轉(zhuǎn)角變形即為θ’ζθ^θρ
【權(quán)利要求】
1.高低溫環(huán)境下精確測量彎剛度的裝置，其特征在于:包括光學(xué)鏡頭、高剛度桿、三維移動平臺、激光測量組、高低溫箱等；所述高低溫箱內(nèi)通過被測件安裝座固定被測件； 所述高剛度桿下端為光滑球面，所述高低溫箱頂部設(shè)有通孔，所述高剛度桿豎直穿過高低溫箱頂部的通孔作用在被測件上，所述三維移動平臺位于高低溫箱的上方，所述高剛度桿上端通過力傳感器與三維移動平臺固接； 所述高低溫箱頂部和側(cè)面設(shè)有觀察窗，所述光學(xué)鏡頭通過安裝座垂直固定在高剛度桿上，所述光學(xué)鏡頭正對高低溫箱頂部觀察窗，所述光學(xué)鏡頭內(nèi)有帶有十字準心的分劃板；所述激光測量組包括角錐反光鏡、激光頭和計算模塊，所述激光頭固定在高低溫箱外且和高低溫箱側(cè)面的觀測窗位置相對，所述角錐反光鏡通過角錐反光鏡安裝座分別固定在被測件和被測件安裝座上，所述角錐反光鏡安裝座上的角錐反光鏡有兩個且間距為定值，所述每個激光頭對應(yīng)一個角錐反光鏡。
【文檔編號】G01M13/00GK103471834SQ201310428944
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年9月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月18日
【發(fā)明者】謝毅 申請人:浙江工商大學(xué)