專利名稱：一種新型高精度金屬絲楊氏模量測量裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種楊氏模量測量裝置，具體地說是一種新型高精度金屬絲楊氏 模量測量裝置，屬于檢測儀器領域。
背景技術：
目前測量金屬絲楊氏模量的傳統(tǒng)方法是采用拉伸法，利用平面鏡和望遠鏡組成的 光杠桿把金屬絲的微小伸長量放大后測量。這種測量方法由于測量實驗場地的限制，測量 精度一般只達到o. 01mm，而且調(diào)節(jié)過程很費時。還有一種方法是利用千分表來測量金屬絲 的伸長量，但千分表的固定以及如何和金屬絲連接固定比較困難，影響了測量的精度。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種新的測量精度高的金屬絲楊氏模量測試裝置。實現(xiàn)本實用新型目的的技術方案為本裝置由支架及拉伸機構組成；所述支架包 括金屬桿1、支架螺母2、底座3 ；其中，金屬桿1由兩根平行的金屬桿組成，底座3有三根支 撐腳，兩根平行的金屬桿1由支架螺母2固定在底座3上；所述拉伸機構包括上部鋼制夾具 4、夾具固定螺桿5、下部鋼制夾具9、柱狀金屬夾具10、金屬圓環(huán)13、帶掛鉤的砝碼托盤14 ； 其中，所述上部鋼制夾具4的中央有一個孔，孔內(nèi)有一個用來夾緊待測金屬絲6的兩個半圓 柱體夾子7，該夾子可由螺栓8收緊以夾緊待測金屬絲6，上部鋼制夾具4用夾具固定螺桿 5固定在兩根平行的金屬桿1的上部；所述下部鋼制夾具9可沿兩根平行的金屬桿1上下 滑動，并用夾具固定螺桿5固定在兩根平行的金屬桿1的中、下部，下部鋼制夾具9的中央 有一個內(nèi)壁光滑的方孔；所述柱狀金屬夾具10為方形柱，其外壁穿過下部鋼制夾具9的中 央的方孔，并與該孔滑動配合，柱狀金屬夾具10內(nèi)沿軸向有一個槽，槽中放置有活動金屬 片12，在槽的底部沿軸線中心位置有一個供待測金屬絲6穿過的圓孔，柱狀金屬夾具10的 一個側(cè)面有一螺孔供壓緊螺栓11旋入，壓緊螺栓11旋入后可壓緊金屬片12，柱狀金屬夾具 10與壓緊螺栓11相背對的那個側(cè)面的上端經(jīng)過噴砂處理成散射表面；所述金屬圓環(huán)13固 定在柱狀金屬夾具10的下端，所述砝碼托盤14通過其上端的掛鉤掛在金屬圓環(huán)13上；本測量裝置的使用方法為當測量金屬絲的楊氏模量時，將金屬絲的上端用上部 鋼制夾具4上的兩個半圓柱體夾子7夾住，并由螺栓8夾緊，金屬絲的下端通過柱狀金屬夾 具10的槽并進入槽底的圓孔內(nèi)，旋入壓緊螺栓11推動活動金屬片12將待測金屬絲6壓緊， 柱狀金屬夾具10從下部鋼制夾具9中部的方孔中穿過，且可以隨著金屬絲6的拉伸在圓孔 中上下移動。半導體激光器15發(fā)出的細激光束經(jīng)一個擴束鏡16和一個準直凸透鏡17后變?yōu)?平行光，以約45度左右角度水平照射到柱狀金屬夾具10經(jīng)噴砂處理成散射表面的那個側(cè) 面，在同一高度的位置距離啞光側(cè)面約30cm處固定放置采集散斑圖像的(XD18，激光照射 和圖像采集各元件的擺放位置詳見圖4。先加載一定的砝碼重量使金屬絲6完全拉直，用 (XD18采集第一幅散斑圖像，再依次添加砝碼，用(XD18采集相應的散斑圖像。最后通過多組圖像處理結果就可以計算出金屬絲的平均伸長量，最后再分別用米尺測量出金屬絲的原 長和用螺旋測微儀測出金屬絲的直徑就可以計算出金屬絲的楊氏模量。本發(fā)明的原理是根據(jù)散斑場的一個重要性質(zhì)，即散射物體平移前后，如果平移很 小，則平移前后的散斑場是兩套間距等于平移距離、分布完全相同的散斑場，這些等距、成 對的散斑對，也稱為“楊氏雙孔”，利用(XD采集金屬絲拉伸前后的散斑場，利用圖像加法運 算將兩幅散斑場圖像相疊加，再對疊加圖像進行傅里葉變換，便得到疊加圖像的頻譜，也就 是“楊氏雙孔”的夫瑯和費衍射圖樣，即類似雙縫的夫瑯和費衍射圖樣——等距平行條紋， 通過用圖像處理的方法，根據(jù)平行條紋的間距就可算出雙孔對的間距，即金屬絲的伸長量。 這種方法的測量精度可達到圖像的像素級，現(xiàn)在1024X1024陣列的(XD的像素尺寸約為 0. 005mm,因此本方法可達到較高的測量精度。本實用新型的有益效果是由于采用本裝置后，可將金屬絲的微小伸長變化用散 斑場的性質(zhì)測量出來，故測量精度高，且利用散射的方式測量，無需太大的場地就可達到較 高的精度等級。

圖1是本裝置的主視圖；圖2是本裝置上部鋼制夾具的俯視圖；圖3是圖1的A-A剖視圖；圖4是對本裝置進行激光照射及圖像采集的示意圖。圖中，各附圖標記為1金屬桿、，2、支架螺母，3、底座，4、上部鋼制夾具，5、夾具固 定螺桿，6、待測金屬絲，7、夾子，8、螺栓，9、下部鋼制夾具，10、柱狀金屬夾具，11、壓緊螺栓， 12、活動金屬片，13、金屬圓環(huán)，14、砝碼托盤，15、半導體激光器，16、擴束鏡，17、準直凸透 鏡，18、CCD, 19、光學設備支架。
具體實施方式
以下結合附圖和實施例結本實用新型作進一步說明實施例見圖1-圖3，兩根不銹鋼金屬桿1通過支架螺母2豎直平行地固定在有 三只腳的底座3上，三只腳上的螺母可調(diào)節(jié)底座3的水平，鋼制夾具4通過兩個夾具固定螺 桿5固定在不銹鋼金屬桿1的上部位置，待測金屬絲6從兩個半圓柱體7中間穿過，兩個半 圓柱體7再從鋼制夾具4中間的圓孔穿過，二者實現(xiàn)一個較松的滑動配合，保證兩個半圓柱 體夾具7之間夾持了金屬絲后仍可穿過鋼制夾具4中間的圓孔。在鋼制夾具4的中央位置 的側(cè)面開有一個貫穿的螺絲孔，旋緊穿過這個螺絲孔的螺栓8，螺栓8的前端頂壓在其中一 個半圓柱體7的側(cè)面，這個壓力使得兩個半圓柱體夾具7夾緊待測金屬絲6的上端，使其和 夾具4 一起保持固定不動。截面為方形的柱狀金屬夾具10沿軸向有一個槽，槽的一個側(cè)面 正好處于柱狀金屬夾具10的中軸線上，沿柱狀金屬夾具10的中軸線在槽底開有一個剛好 能穿過待測金屬絲6的細孔，槽內(nèi)放置有一活動金屬片12，柱狀金屬夾具10與槽平行的一 個面上有供壓緊螺栓11旋入的螺孔，待測金屬絲6從柱狀金屬夾具10的槽中通過并進入 槽底的孔內(nèi)，旋緊壓緊螺栓11，加壓于活動金屬片12而壓緊待測金屬絲6，柱狀金屬夾具10 夾緊待測金屬絲6后穿過鋼制夾具9的光滑方孔，這樣，柱狀金屬夾具10可隨待測金屬絲6的拉伸在鋼制夾具9的方孔中上下移動，方孔和柱狀金屬夾具10實現(xiàn)滑動配合；在柱狀 金屬夾具10露出下部鋼制夾具9上表面約1cm、其中與壓緊螺母11相背對的那個側(cè)面經(jīng)噴 砂處理成散射表面，用來產(chǎn)生細膩的散斑。 當在柱狀金屬夾具10下端的圓環(huán)13的砝碼托盤14上添加砝碼時，待測金屬絲6 受到拉伸，柱狀金屬夾具10整體隨著待測金屬絲6的拉伸而向下平移，用多個0. 5kg的砝 碼逐次增加重量在砝碼托盤上，激光照射及圖像采集示意圖(見圖表)中CCD記錄的散斑 場就可以算出待測金屬絲6的伸長量，從而達到測量金屬絲6楊氏模量的目的。
權利要求一種新型高精度金屬絲楊氏模量測量裝置，其特征在于本裝置由支架及拉伸機構組成；所述支架包括金屬桿(1)、支架螺母(2)、底座(3)；其中，金屬桿(1)由兩根平行的金屬桿組成，底座(3)有三根支撐腳，兩根平行的金屬桿(1)由支架螺母(2)固定在底座(3)上；所述拉伸機構包括上部鋼制夾具(4)、夾具固定螺桿(5)、下部鋼制夾具(9)、柱狀金屬夾具(10)、金屬圓環(huán)(13)、帶掛鉤的砝碼托盤(14)；其中，所述上部鋼制夾具(4)的中央有一個孔，孔內(nèi)有一個用來夾緊待測金屬絲(6)的兩個半圓柱體夾子(7)，該夾子可由螺栓(8)收緊以夾緊待測金屬絲(6)，上部鋼制夾具(4)用夾具固定螺桿(5)固定在兩根平行的金屬桿(1)的上部；所述下部鋼制夾具(9)可沿兩根平行的金屬桿(1)上下滑動，并用夾具固定螺桿(5)固定在兩根平行的金屬桿(1)的中、下部，下部鋼制夾具(9)的中央有一個內(nèi)壁光滑的方孔；所述柱狀金屬夾具(10)為方形柱，其外壁穿過下部鋼制夾具(9)的中央的方孔，并與該孔滑動配合，柱狀金屬夾具(10)內(nèi)沿軸向有一個槽，槽中放置有活動金屬片(12)，在槽的底部沿軸線中心位置有一個供待測金屬絲(6)穿過的圓孔，柱狀金屬夾具(10)的一個側(cè)面有一螺孔供壓緊螺栓(11)旋入，壓緊螺栓(11)旋入后可壓緊金屬片(12)，柱狀金屬夾具(10)與壓緊螺母(11)相背對的那個側(cè)面的上端經(jīng)過噴砂處理成散射表面；所述金屬圓環(huán)(13)固定在柱狀金屬夾具(10)的下端，所述砝碼托盤(14)通過其上端的掛鉤掛在金屬圓環(huán)(13)上。
專利摘要一種新型高精度金屬絲楊氏模量測量裝置，屬于檢測儀器領域，本裝置由包括金屬桿1、支架螺母2、底座3的支架和包括上部鋼制夾具4、夾具固定螺桿5、下部鋼制夾具9、柱狀金屬夾具10、金屬圓環(huán)13、帶掛鉤的砝碼托盤14的拉伸機構組成。兩根平行的金屬桿由支架螺母固定在底座上。金屬桿上、下部各固定有上、下部鋼制夾具；柱狀金屬夾具為方形，其外表面穿過下部鋼制夾具中的方孔，待測金屬絲上端固定在上部鋼制夾具上，下端固定在柱狀金屬夾具上，在柱狀金屬夾具下端連接的砝碼托盤中加入砝碼，金屬絲被拉伸，利用激光成一定角度照射柱狀金屬夾具經(jīng)噴砂處理的散射表面，并采集圖像，即可根據(jù)所得圖像測出金屬絲的楊氏模量，所得數(shù)值精度較高。
文檔編號G01N3/06GK201607372SQ20102011697
公開日2010年10月13日 申請日期2010年2月23日 優(yōu)先權日2010年2月23日
發(fā)明者樊則賓 申請人:昆明理工大學