一種彎剛度測試裝置制造方法
【專利摘要】一種彎剛度測試裝置，包括光學鏡頭、高剛度桿、升降裝置、二維移動平臺、激光測量組、高低溫箱等。二維移動平臺上的支架穿過高低溫箱底部的通孔到高低溫箱內(nèi)，支架上固定被測件安裝座，被測件安裝座上安裝被測件，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升降裝置固接，光學鏡頭通過安裝座固定在高低溫箱頂部的觀察窗上，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。本實用新型采用了位移補償法，不改變作用在被測件上力的方向，通過二維移動平臺和光學鏡頭保證力臂不變，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】一種彎剛度測試裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及構件高低溫環(huán)境條件下的抗彎剛度測試領域。
【背景技術】
[0002]對結(jié)構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用領域，有多種方法和結(jié)構，但是對于處于高低溫環(huán)境中的構件剛度測試，由于測試工裝夾具、加載機構等在高低溫環(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，本實用新型提供一種基于激光測量組、光學鏡頭和移動平臺的在高低溫環(huán)境條件下對結(jié)構件進行彎剛度測試的裝置及方法。
[0005]本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是:
[0006]一種彎剛度測試裝置，包括光學鏡頭、高剛度桿、升降裝置、二維移動平臺、激光測量組、高低溫箱等。所述二維移動平臺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)面設有觀察窗，所述光學鏡頭通過安裝座固定在高低溫箱頂部的觀察窗上。
[0007]所述二維移動平臺上至少有兩個支架，所述支架穿過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件安裝座，所述被測件安裝座上安裝被測件。
[0008]所述高剛度桿下端為光滑球面，所述高剛度桿豎直穿過高低溫箱作用在被測件上，所述高剛度桿上端通過力傳感器與升降裝置固接。
[0009]所述光學鏡頭內(nèi)有帶有十字準心的分劃板。
[0010]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一個角錐反光鏡。
[0011]本實用新型的測試方法是:
[0012]1、常溫下，在被測件和被測件安裝座的根部中心設一個標定點。
[0013]2、測量出光學鏡頭中心與高剛度桿之間的距離值L ;調(diào)整光學鏡頭的焦距，使得標定點出現(xiàn)在光學鏡頭的目鏡內(nèi)；通過二維移動平臺微調(diào)被測件的位置，使得標定點與分劃板的十字準心中心重合。
[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角錐反光鏡間光程差為零。
[0015]4、密封高低溫箱，使其達到測試所需溫度，待溫度平穩(wěn)后進行測試，通過光學鏡頭觀測標定點的位置。
[0016]5、通過二維移動平臺移動被測件安裝座，直到標定點的位置重新回歸到分劃板的十字準心中心。
[0017]6、控制升降裝置上下移動，通過高剛度桿對被測件進行加載，通過傳感器直接測量出加載的力值大小F，力臂值始終為L。
[0018]7、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Θ 1，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 1-θ2。
[0019]7、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。
[0020]本實用新型的設計思路及優(yōu)點表現(xiàn)在:
[0021]高低溫環(huán)境下，大多數(shù)測試用精密儀器或設備將無法正常使用，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。本實用新型采用了位移補償法，不改變作用在被測件上力的方向，通過二維移動平臺保證力臂不變，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。
[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不受被測件變形的影響；高剛度桿與升降裝置之間安裝有力傳感器，能夠極為方便的測出作用在被測件上力值的大小。
[0023]標定出被測件與被測件根部中心的位置，簡化為抗彎剛度試驗的彎矩作用點，調(diào)整標定點位于高低溫箱頂部光學鏡頭分劃板的十字準心的中心，由于光學鏡頭與高剛度桿位于同一平面內(nèi)，標定點到高剛度桿間的垂直距離即為力臂大小。被測件變形后，標定點隨被測件偏移，通過二維移動平臺移動被測件直到標定點重新位于分劃板十字準心的中心。
[0024]被測件安裝座是通過支架與高低溫箱外的二維移動平臺固定的，支架與保溫箱之間有一定的間隙，可滿足調(diào)節(jié)時的要求，又不影響高低溫箱的密封效果。
[0025]被測件的相應轉(zhuǎn)角變形可通過激光測量組進行非接觸式測量。其中激光測量組應用了雷達原理、多普勒頻差效應及光學外差原理，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)生附加變形摻入構件剛度測試中。最后通過計算得到構件兩端的變形角，其差值即為構件實際撓曲角，測量精度高。
[0026]本實用新型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、能輸出反映構件抗彎剛度特性的彎矩一轉(zhuǎn)角曲線等特點。
[0027]說明書附圖
[0028]圖1是一種彎剛度測試裝置示意圖
[0029]圖2是目鏡圖像示意圖
[0030]圖3是轉(zhuǎn)角測量計算示意圖
【具體實施方式】
[0031]結(jié)合圖1至圖3，一種彎剛度測試裝置，所述測試裝置包括光學鏡頭14、高剛度桿
11、升降裝置13、二維移動平臺1、激光測量組、高低溫箱3等。所述二維移動平臺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)面設有觀察窗9，所述光學鏡頭14通過安裝座15固定在高低溫箱3頂部的觀察窗9上。
[0032]所述二維移動平臺I上安裝支架2，所述支架2穿過高低溫箱3底部的通孔到高低溫箱內(nèi)，所述支架2上固定被測件安裝座4，所述被測件安裝座4上安裝被測件5。
[0033]所述高剛度桿11下端為光滑球面，所述高剛度桿11豎直穿過高低溫箱3作用在被測件5上，所述高剛度桿11上端通過力傳感器12與升降裝置13固接。
[0034]所述光學鏡頭14內(nèi)有帶有十字準心16的分劃板。
[0035]所述被測件5和被測件安裝座4的根部中心設一個標定點10。
[0036]激光測量組包括角錐反光鏡7、激光頭8和計算模塊，所述激光頭8固定在高低溫箱3外且和高低溫箱側(cè)面的觀測窗9位置相對，所述角錐反光鏡7通過角錐反光鏡安裝座6分別固定在被測件5和被測件安裝座4上，所述角錐反光鏡安裝座6垂直被測件5，所述角錐反光鏡安裝座6上的角錐反光鏡7有兩個且間距為d，所述每個激光頭8對應一個角錐反光鏡7。
[0037]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’ = Θ1-Θ2。
【權利要求】
1.一種彎剛度測試裝置，其特征在于:包括光學鏡頭、高剛度桿、升降裝置、二維移動平臺、激光測量組、高低溫箱等；所述二維移動平臺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)面設有觀察窗，所述光學鏡頭通過安裝座固定在高低溫箱頂部的觀察窗上； 所述二維移動平臺上至少有兩個支架，所述支架穿過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件安裝座，所述被測件安裝座上安裝被測件； 所述高剛度桿下端為光滑球面，所述高剛度桿豎直穿過高低溫箱作用在被測件上，所述高剛度桿上端通過力傳感器與升降裝置固接； 所述光學鏡頭內(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一個角錐反光鏡。
【文檔編號】G01N3/20GK203561562SQ201320595661
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2013年9月25日 優(yōu)先權日:2013年9月25日
【發(fā)明者】葉必卿, 柴容旺 申請人:浙江工業(yè)大學