一種對(duì)結(jié)構(gòu)件在高低溫環(huán)境下的抗彎剛度測(cè)試裝置制造方法
【專利摘要】一種對(duì)結(jié)構(gòu)件在高低溫環(huán)境下的抗彎剛度測(cè)試裝置，其測(cè)試裝置包括激光測(cè)量組、氣浮裝置、升降裝置、移動(dòng)橫梁、耐高低溫拉繩等，升降裝置上套裝移動(dòng)橫梁，氣浮裝置有兩套且氣浮軸通過氣浮軸承座固定在移動(dòng)橫梁上，氣浮套套裝在所述氣浮軸上，被測(cè)件安裝在高低溫箱內(nèi)的被測(cè)件安裝座上，耐高低溫拉繩豎直穿過高低溫箱頂部的通孔連接氣浮套和被測(cè)件，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)。本發(fā)明采用耐高溫拉繩進(jìn)行力的加載，利用氣浮裝置獲取力臂的大小且保證作用力的方向，利用力傳感器測(cè)得繩上的拉力，利用激光測(cè)量組獲得轉(zhuǎn)角變形，所有數(shù)據(jù)經(jīng)無線數(shù)據(jù)傳輸模塊發(fā)送，從而精確獲得測(cè)件抗彎剛度的彎矩-角變形曲線。
【專利說明】一種對(duì)結(jié)構(gòu)件在高低溫環(huán)境下的抗彎剛度測(cè)試裝置
【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(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)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)境的過冷過熱，大多數(shù)測(cè)試用精密儀器或設(shè)備將無法正常使用，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]為了克服高低溫環(huán)境下的影響，提高抗彎剛度測(cè)試的可靠性及測(cè)量精度要求，本發(fā)明提供一種高精度加載及測(cè)量的高低溫環(huán)境下剛度測(cè)試裝置。
[0005]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:
[0006]一種對(duì)結(jié)構(gòu)件在高低溫環(huán)境下的抗彎剛度測(cè)試裝置，其測(cè)試裝置包括激光測(cè)量組、氣浮裝置、升降裝置、移動(dòng)橫梁、耐高低溫拉繩、高低溫等。所述氣浮裝裝置包括氣浮軸、氣浮套。
[0007]所述升降裝置位于高低溫箱外，所述移動(dòng)橫梁套裝在升降裝置上可上下移動(dòng)。
[0008]所述氣浮裝置有兩套，所述氣浮裝置的氣浮軸通過氣浮軸承座固定在移動(dòng)橫梁上，所述氣浮套套裝在所述氣浮軸上，所述氣浮軸上均安裝光柵位移傳感器和無線數(shù)據(jù)傳輸模塊。
[0009]所述高低溫箱頂部有通孔，側(cè)面設(shè)有觀察窗。所述高低溫箱內(nèi)放置被測(cè)件安裝座，所述被測(cè)件安裝座上安裝被測(cè)件。所述耐高低溫拉繩豎直穿過高低溫箱頂部的通孔連接氣浮套和被測(cè)件，所述第一耐高低溫拉繩中間套有低剛度彈簧，下端套裝在被測(cè)件連接被測(cè)件安裝座的一端，所述第二耐高低溫拉繩上端通過力傳感器與氣浮套連接。
[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]進(jìn)一步，所述光柵位移傳感器、力傳感器和無線數(shù)據(jù)傳輸模塊由電池供電。
[0012]更進(jìn)一步，所述述耐高低溫拉繩為芳綸纖維繩。
[0013]再進(jìn)一步，所述升降裝置可以是直線導(dǎo)軌、滾珠絲杠等可控制移動(dòng)橫梁升降的裝置。
[0014]本發(fā)明的測(cè)量方法為:
[0015]1、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。
[0016]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，測(cè)量出第一耐高低溫拉繩和第二耐高低溫拉繩間的垂直距離Ltl，光柵位移傳感器歸零。
[0017]3、控制移動(dòng)橫梁上下移動(dòng)，通過第二耐高低溫拉繩施加拉力，通過力傳感器讀取實(shí)時(shí)拉力F的大小。
[0018]4、利用氣浮軸上的光柵位移傳感器獲取氣浮套的偏移位移為XpX2,設(shè)定一個(gè)正方向，則任意時(shí)刻力臂L=LfX2-Xp
[0019]5、通過激光測(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0 =arcSin(S/2d)。被測(cè)件和被測(cè)件安裝座上均安裝有反射鏡，通過計(jì)算模塊獲得被測(cè)件上轉(zhuǎn)角變形測(cè)量值為G1，被測(cè)件安裝座上轉(zhuǎn)角變形測(cè)量值為G2,被測(cè)件實(shí)際轉(zhuǎn)角變形即為
0 '= 0 J1- 0 2o
[0020]6、通過所測(cè)量的拉力F、力臂L、轉(zhuǎn)角變形0 ’繪制能反映被測(cè)件抗彎剛度的彎矩-角變形曲線。
[0021]本發(fā)明的設(shè)計(jì)思路是:
[0022]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。本發(fā)明采用耐高溫拉繩進(jìn)行力的加載，利用氣浮裝置獲取力臂的大小且保證作用力的方向，利用力傳感器測(cè)得繩上的拉力，利用激光測(cè)量組獲得轉(zhuǎn)角變形，所有數(shù)據(jù)經(jīng)無線數(shù)據(jù)傳輸模塊發(fā)送，從而精確獲得測(cè)件抗彎剛度的彎矩-角變形曲線。
[0023]耐高溫拉繩具有超高強(qiáng)度、高模量和耐高溫、耐酸耐堿、重量輕等性能，可在熱真空環(huán)境下使用。拉繩與氣浮套固定，氣浮套可在氣浮軸上無摩擦滑動(dòng)，因此在被測(cè)件變形過程中可始終保證拉繩的豎直。第一耐高低溫拉繩中間套有低剛度彈簧，可保證拉繩有一定的伸縮余度且始終保持豎直狀態(tài)，不產(chǎn)生附加力，移動(dòng)橫梁移動(dòng)帶動(dòng)第二耐高低溫拉繩進(jìn)行加載。力臂為第一耐高低溫拉繩和第二耐高低溫拉繩之間的垂直距離，可通過光柵位移傳感器進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量。
[0024]被測(cè)件的相應(yīng)轉(zhuǎn)角變形可通過激光測(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。
[0025]所述光柵位移傳感器、力傳感器和無線數(shù)據(jù)傳輸模塊由電池供電，消除了信號(hào)線對(duì)被測(cè)件變形測(cè)量產(chǎn)生的附加力影響。同時(shí)，激光頭、傳感器等電子器件都溫度箱的外面，消除了高低溫對(duì)其正常工作的影響。
[0026]本發(fā)明的有益效果主要表現(xiàn)在:可在高低溫環(huán)境下對(duì)結(jié)構(gòu)件進(jìn)行抗彎剛度測(cè)試，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)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]圖1是一種對(duì)結(jié)構(gòu)件在高低溫環(huán)境下的抗彎剛度測(cè)試裝置示意圖。
[0028]圖2是轉(zhuǎn)角測(cè)量計(jì)算示意圖。
【具體實(shí)施方式】:
[0029]結(jié)合附圖，一種對(duì)結(jié)構(gòu)件在高低溫環(huán)境下的抗彎剛度測(cè)試裝置，其測(cè)試裝置包括激光測(cè)量組、氣浮裝置、升降裝置1、移動(dòng)橫梁2、耐高低溫拉繩7、高低溫箱等。所述氣浮裝裝置包括氣浮軸16、氣浮套5。
[0030]所述升降裝置I位于高低溫箱外，所述移動(dòng)橫梁2套裝在升降裝置I上可上下移動(dòng)。
[0031]所述氣浮裝置有兩套，所述氣浮裝置的氣浮軸16通過氣浮軸承座3固定在移動(dòng)橫梁2上，所述氣浮套5套裝在所述氣浮軸16上，所述氣浮軸16上均安裝光柵位移傳感器4和無線數(shù)據(jù)傳輸模塊15。
[0032]所述高低溫箱12頂部 有通孔，側(cè)面設(shè)有觀察窗。所述高低溫箱12內(nèi)放置被測(cè)件安裝座13，所述被測(cè)件安裝座13上安裝被測(cè)件11。所述耐高低溫拉繩7豎直穿過高低溫箱12頂部的通孔連接氣浮套5和被測(cè)件11，所述第一耐高低溫拉繩中間套有低剛度彈簧14，下端套裝在被測(cè)件11連接被測(cè)件安裝座13的一端，所述第二耐高低溫拉繩上端通過力傳感器6與氣浮套5連接。所述第一耐高低溫拉繩平行所述第二耐高低溫拉繩且始終保持豎直狀態(tài)。
[0033]所述激光測(cè)量組包括角錐反光鏡10、激光頭8和計(jì)算模塊，所述激光頭8固定在高低溫箱12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10通過角錐反光鏡安裝座9分別固定在被測(cè)件11和被測(cè)件安裝座13上，所述角錐反光鏡安裝座9垂直被測(cè)件11，所述角錐反光鏡安裝9上的角錐反光鏡有兩個(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10。
[0034]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2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0 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Q^e1-Q2t5
[0035]進(jìn)一步，所述光柵位移傳感器4、力傳感器6和無線數(shù)據(jù)傳輸模塊15由電池供電。[0036]更進(jìn)一步，所述述耐高低溫拉繩7為芳綸纖維繩。
[0037]再進(jìn)一步，所述升降裝置I可以是直線導(dǎo)軌、滾珠絲杠等可控制移動(dòng)橫梁2升降的
>J-U裝直。
[0038]本實(shí)施例中，被測(cè)件11和反光鏡安裝座9處于高低溫箱12內(nèi)，然后用耐高溫拉繩7懸掛于氣浮軸16上，利用力傳感器6測(cè)得繩上的拉力，再通過光柵位移傳感器4測(cè)得拉力的力臂，將所得數(shù)據(jù)經(jīng)過無線數(shù)據(jù)傳輸模塊15發(fā)送至上位機(jī)，結(jié)果得到精確的力矩；利用激光測(cè)量組獲取被測(cè)件11的角度變形，最后，利用所得力矩和角度變形量可以計(jì)算得到被測(cè)件的剛度。
【權(quán)利要求】
1.一種對(duì)結(jié)構(gòu)件在高低溫環(huán)境下的抗彎剛度測(cè)試裝置，其測(cè)試裝置包括激光測(cè)量組、氣浮裝置、升降裝置、移動(dòng)橫梁、耐高低溫拉繩、高低溫等；所述氣浮裝裝置包括氣浮軸、氣浮套； 所述升降裝置位于高低溫箱外，所述移動(dòng)橫梁套裝在升降裝置上可上下移動(dòng)； 所述氣浮裝置有兩套，所述氣浮裝置的氣浮軸通過氣浮軸承座固定在移動(dòng)橫梁上，所述氣浮套套裝在所述氣浮軸上，所述氣浮軸上均安裝光柵位移傳感器和無線數(shù)據(jù)傳輸模塊； 所述高低溫箱頂部有通孔，側(cè)面設(shè)有觀察窗；所述高低溫箱內(nèi)放置被測(cè)件安裝座，所述被測(cè)件安裝座上安裝被測(cè)件；所述耐高低溫拉繩豎直穿過高低溫箱頂部的通孔連接氣浮套和被測(cè)件，所述第一耐高低溫拉繩中間套有低剛度彈簧，下端套裝在被測(cè)件連接被測(cè)件安裝座的一端，所述第二耐高低溫拉繩上端通過力傳感器與氣浮套連接； 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。
2.如權(quán)利要求1所述的一種對(duì)結(jié)構(gòu)件在高低溫環(huán)境下的抗彎剛度測(cè)試裝置，其特征在于:所述光柵位移傳感器、力傳感器和無線數(shù)據(jù)傳輸模塊由電池供電。
3.如權(quán)利要求1所述的一種對(duì)結(jié)構(gòu)件在高低溫環(huán)境下的抗彎剛度測(cè)試裝置，其特征在于:所述述耐高低溫拉繩為芳綸纖維繩。
4.如權(quán)利要求1所述的一種對(duì)結(jié)構(gòu)件在高低溫環(huán)境下的抗彎剛度測(cè)試裝置，其特征在于:所述升降裝置可以是直線導(dǎo)軌、滾珠絲杠等可控制移動(dòng)橫梁升降的裝置。
【文檔編號(hào)】G01N3/18GK103487223SQ201310430364
【公開日】2014年1月1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】單曉杭, 周丹鋒 申請(qǐng)人:浙江工業(yè)大學(xué)