[發(fā)明專利]高低溫環(huán)境下精確測量彎剛度的裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310428944.4
• 申請(qǐng)日: 2013-09-18
• 公開（公告）號(hào): CN103471834A
• 公開（公告）日: 2013-12-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 謝毅
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江工商大學(xué)
• 主分類號(hào): G01M13/00
• 分類號(hào): G01M13/00
• 代理公司: 杭州浙科專利事務(wù)所(普通合伙) 33213
• 代理人: 吳秉中

技術(shù)領(lǐng)域

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)

對(duì)結(jié)構(gòu)件進(jìn)行剛度測試時(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(duì)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(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(jìn)行。???

現(xiàn)階段高低溫下的抗彎剛度測試是在高低溫箱內(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(jìn)行放大的一種構(gòu)件剛度測試方法，可實(shí)現(xiàn)非接觸式測量。但是，對(duì)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(jī)座的形變量。專利申請(qǐng)?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(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(diǎn)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

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(duì)結(jié)構(gòu)件進(jìn)行高低溫環(huán)境條件下的剛度測試方法。

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(dòng)平臺(tái)、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(dòng)平臺(tái)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(dòng)平臺(tái)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(duì)高低溫箱頂部觀察窗，所述光學(xué)鏡頭內(nèi)有帶有十字準(zhǔn)心的分劃板。

所述激光測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(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。

本發(fā)明的測試方法是：

1、常溫下，在被測件和被測件安裝座的根部中心設(shè)一個(gè)標(biāo)定點(diǎn)。

2、調(diào)整光學(xué)鏡頭的焦距，使得標(biāo)定點(diǎn)出現(xiàn)在光學(xué)鏡頭的目鏡內(nèi)，再通過三維移動(dòng)平臺(tái)微調(diào)高剛度桿的位置，使得標(biāo)定點(diǎn)與分劃板的十字準(zhǔn)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。

3、密封高低溫箱，使其達(dá)到測試所需溫度，待溫度平穩(wěn)后，通過三維移動(dòng)平臺(tái)控制高剛度桿移動(dòng)進(jìn)行加載，同時(shí)調(diào)整高剛度桿使得標(biāo)定點(diǎn)位于分劃板的十字準(zhǔn)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。

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(gè)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(jì)算模塊獲得被測件上轉(zhuǎn)角變形測量值為θ₁，被測件安裝座上轉(zhuǎn)角變形測量值為θ_2，被測件實(shí)際轉(zhuǎn)角變形即為

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。

本發(fā)明的設(shè)計(jì)思路及優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)在：

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(huì)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(dòng)的高剛度桿進(jìn)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。

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(dòng)接觸，可保證作用力的方向始終豎直，高剛度桿與三維移動(dòng)平臺(tái)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。