深冷高溫環(huán)境下的抗彎剛度測(cè)試裝置制造方法
【專利摘要】深冷高溫環(huán)境下的抗彎剛度測(cè)試裝置，包括激光位移傳感器、高剛度桿、激光測(cè)量組、力傳感器、升降裝置、高低溫箱，高低溫箱內(nèi)通過(guò)被測(cè)件安裝座固定被測(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，激光位移傳感器和激光測(cè)量組安裝在高低溫箱外且和觀察窗位置相對(duì)。本實(shí)用新型采用高剛度桿進(jìn)行加載，不改變作用力的方向，利用激光位移傳感器獲測(cè)量力臂，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。
【專利說(shuō)明】深冷高溫環(huán)境下的抗彎剛度測(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)的在深冷高溫環(huán)境條件下對(duì)結(jié)構(gòu)件進(jìn)行抗彎剛度測(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]深冷高溫環(huán)境下的抗彎剛度測(cè)試裝置，包括激光位移傳感器、支撐桿、激光測(cè)量組、力傳感器、升降裝置、高低溫箱。所述高低溫箱內(nèi)通過(guò)被測(cè)件安裝座固定被測(cè)件。
[0007]所述支撐桿下端為光滑球面，所述支撐桿豎直穿過(guò)高低溫箱作用在被測(cè)件上，所述升降裝置位于高低溫箱的上方，所述支撐桿上端通過(guò)力傳感器與升降裝置固接。
[0008]所述高低溫箱側(cè)面設(shè)有觀察窗，所述激光位移傳感器安裝在高低溫箱外且和觀察窗位置相對(duì)，所述激光位移傳感器的測(cè)量點(diǎn)靠近被測(cè)件與被測(cè)件安裝座連接的根部。
[0009]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)，所述每個(gè)激光頭對(duì)應(yīng)一個(gè)角錐反光鏡。
[0010]本實(shí)用新型的測(cè)試方法是:
[0011]1、常溫下，利用激光位移傳感器測(cè)量測(cè)量出其到支撐桿之間的垂直距離SI。[0012]2、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，控制升降裝置上下移動(dòng)，通過(guò)支撐桿對(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。
[0013]3、微調(diào)激光位移傳感器的位置，沿SI方向測(cè)量激光位移傳感器到被測(cè)件安裝根部的位移，則力臂值L=S2-S1。
[0014]4、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Θ 2，被測(cè)件實(shí)際轉(zhuǎn)角變形即為 θ，= θ 1-Θ 2。
[0015]5、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。
[0016]本實(shí)用新型的設(shè)計(jì)思路及優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)在:
[0017]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)用新型采用支撐桿進(jìn)行加載，不改變作用力的方向，利用激光位移傳感器獲測(cè)量力臂，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。
[0018]支撐桿受高低溫環(huán)境的影響極小，因此利用支撐桿加載，可以不考慮高低溫環(huán)境下加載構(gòu)件的變形影響；支撐桿下端為光滑球面，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；支撐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。
[0019]常溫下，激光位移傳感器測(cè)量方向與被測(cè)件根部到支撐桿之間的力臂方向平行，測(cè)量值減去支撐桿與激光位移傳感器之間的距離值即為力臂大小。高低溫環(huán)境下，由于被測(cè)件底座及被測(cè)件的熱脹冷縮產(chǎn)生變形，激光位移傳感器測(cè)量點(diǎn)發(fā)生改變，激光位移傳感器沿測(cè)量方向的距離發(fā)生變化，即橫向變化，由于剛高度桿作用力方向不發(fā)生改變，因此縱向變化不影響力臂的測(cè)量，高低溫環(huán)境下被測(cè)件安裝座發(fā)生偏轉(zhuǎn)的角度極小，測(cè)量點(diǎn)發(fā)生偏轉(zhuǎn)產(chǎn)生的橫向誤差基本可以忽略，因此，可認(rèn)為激光測(cè)量值的變化即為力臂的變化量，高低溫下的測(cè)量值減去支撐桿與激光位移傳感器之間的距離值即為力臂大小。
[0020]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。
[0021]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)。
[0022]說(shuō)明書附圖
[0023]圖1是深冷高溫環(huán)境下的抗彎剛度測(cè)試裝置示意圖
[0024]圖2是轉(zhuǎn)角測(cè)量計(jì)算示意圖【具體實(shí)施方式】
[0025]結(jié)合圖1至圖2，深冷高溫環(huán)境下的抗彎剛度測(cè)試裝置，包括激光位移傳感器7、支撐桿6、角錐反光鏡4、激光測(cè)量組、力傳感器10、升降裝置11等。
[0026]所述被測(cè)件3及其被測(cè)件安裝座2放置在高低溫箱內(nèi)，所述支撐桿6 —端與升降裝置11固定連接，所述支撐桿6另一端端部為光滑球面且豎直作用在被測(cè)件3上，所述支撐桿6與升降裝置11之間安裝力傳感器10。
[0027]所述激光位移傳感器7安裝在高低溫箱I外，所述激光位移傳感器7測(cè)量的方向與力臂方向平行，所述激光位移傳感器7的測(cè)量點(diǎn)靠近被測(cè)件3與被測(cè)件安裝座2的根部。
[0028]所述激光測(cè)量組包括角錐反光鏡4、激光頭8和計(jì)算模塊；所述被測(cè)件3和被測(cè)件安裝座2上各安裝一個(gè)角錐反光鏡安裝座5，所述角錐反光鏡安裝座5垂直支撐桿6，所述一個(gè)角錐反光鏡安裝座5上安裝兩個(gè)角錐反光鏡4，所述兩個(gè)角錐反光鏡4之間的距離為d，所述激光頭8安裝在高低溫箱I外且和高低溫側(cè)面的觀察窗9位置相對(duì)，所述激光頭8發(fā)射激光穿過(guò)觀察窗9經(jīng)過(guò)角錐反光鏡4反射，所述每個(gè)激光頭8對(duì)應(yīng)一個(gè)角錐反光鏡4。
[0029]所述激光位移傳感器、被測(cè)件安裝座2上的角錐反射鏡5及相對(duì)于的激光頭6不受支撐桿的影響。
[0030]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，貝丨J deltl=s/2,所以轉(zhuǎn)角變形Θ ^arcsin (deltl/d) =arcsin (s/2d)。同理可得被測(cè)件另一端的轉(zhuǎn)角變形Θ 2=arCSin(delt2/d)，所以可得被測(cè)件實(shí)際轉(zhuǎn)角變形即為Θ ’ = Θ 1- Θ 2。
【權(quán)利要求】
1.一種深冷高溫環(huán)境下的抗彎剛度測(cè)試裝置，包括激光位移傳感器、支撐桿、激光測(cè)量組、力傳感器、升降裝置、高低溫箱； 所述高低溫箱內(nèi)通過(guò)被測(cè)件安裝座固定被測(cè)件； 所述支撐桿下端為光滑球面，所述支撐桿豎直穿過(guò)高低溫箱作用在被測(cè)件上，所述升降裝置位于高低溫箱的上方，所述支撐桿上端通過(guò)力傳感器與升降裝置固接； 所述高低溫箱側(cè)面設(shè)有觀察窗，所述激光位移傳感器安裝在高低溫箱外且和觀察窗位置相對(duì)； 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)，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)】G01N3/20GK203688367SQ201320583151
【公開日】2014年7月2日 申請(qǐng)日期:2013年9月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月18日
【發(fā)明者】孫建輝, 張瑞 申請(qǐng)人:浙江工業(yè)大學(xué)