高低溫環(huán)境下抗彎剛度測試方法及裝置制造方法
【專利摘要】高低溫環(huán)境下抗彎剛度測試方法及裝置，包括高分辨率相機(jī)、高剛度桿、升降裝置等、激光測量組、高低溫箱等，高低溫箱內(nèi)通過被測件安裝座固定被測件，高分辨率相機(jī)固定在高低溫箱頂部的觀察窗上，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，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。本發(fā)明采用高剛度桿進(jìn)行力的加載，不改變作用力的方向，利用高分辨率相機(jī)獲取力臂值，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(qiáng)、實(shí)時(shí)性好、測量精度高。
【專利說明】高低溫環(huán)境下抗彎剛度測試方法及裝置
【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試領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]對結(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。
[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(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?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?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(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】

[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，本發(fā)明提供一種對結(jié)構(gòu)件進(jìn)行高低溫環(huán)境條件下的剛度測試方法。
[0005]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:
[0006]高低溫環(huán)境下抗彎剛度測試方法及裝置，包括高分辨率相機(jī)、高剛度桿、升降裝置等、激光測量組、高低溫箱等。
[0007]所述高低溫箱內(nèi)通過被測件安裝座固定被測件。
[0008]所述高低溫箱頂部和側(cè)面設(shè)有觀察窗，所述高分辨率相機(jī)固定在高低溫箱頂部的觀察窗上。
[0009]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，所述升降裝置位于高低溫箱的上方，所述高剛度桿上端通過力傳感器與升降裝置固接。
[0010]所述被測件與安裝座連接的根部設(shè)一個(gè)標(biāo)定點(diǎn)，所述標(biāo)定點(diǎn)到高剛度桿之間的垂直距離為常溫情況下抗彎剛度測試的力臂。所述高分辨率相機(jī)可拍攝任意溫度下標(biāo)定定點(diǎn)的位置圖像。
[0011]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，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)激光頭對應(yīng)一個(gè)角錐反光鏡。
[0012]本發(fā)明的測試方法是:
[0013]1、在常溫下，將標(biāo)準(zhǔn)鋼尺固定在標(biāo)定點(diǎn)所在的水平平面上，標(biāo)準(zhǔn)鋼尺與高分辨率相機(jī)焦平面平行P利用高分辨率相機(jī)記錄標(biāo)定點(diǎn)的像素位置，通過標(biāo)準(zhǔn)鋼尺上的刻度尺寸獲得圖像像素與實(shí)際尺寸之間的比例關(guān)系，記錄標(biāo)定點(diǎn)到高剛度桿中心的垂直距離LI。
[0014]2、密封高低溫箱，使其達(dá)到測試所需溫度，待溫度平穩(wěn)后，控制升降裝置上下移動(dòng)，通過高剛度桿對被測件進(jìn)行加載，通過傳感器直接測量出加載的力值大小F。
[0015]3、利用高分辨率相機(jī)拍攝圖像，與常溫環(huán)境下拍攝的初始圖像進(jìn)行比較，獲得標(biāo)定點(diǎn)沿力臂方向的偏移距離AL，當(dāng)前高低溫環(huán)境下力臂值為L=LJAL15
[0016]4、所述高分辨率相機(jī)也可以拍攝出標(biāo)定點(diǎn)到高剛度桿加載點(diǎn)之間的全副圖像，通過常溫下和高低溫下的拍攝圖像和圖像像素與實(shí)際尺寸之間的比例關(guān)系直接得到力臂值L的大小。
[0017]5、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G1，被測件安裝座上轉(zhuǎn)角變形測量值為θ2，被測件實(shí)際轉(zhuǎn)角變形即為 0，= 0 η_ 0 2。
[0018]6、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。
[0019]本發(fā)明的設(shè)計(jì)思路及優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)在:
[0020]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)明采用高剛度桿進(jìn)行力的加載，不改變作用力的方向，利用高分辨率相機(jī)獲取力臂值，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。
[0021]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，高剛度桿與升降臺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。
[0022]在極高或極低的溫度下，被測件及其安裝座會產(chǎn)生一定的變形，力臂值很難準(zhǔn)確測量；本發(fā)明采用圖像處理的方法，常溫情況下測量出高剛度桿作用的力臂大小，并記錄一個(gè)標(biāo)定點(diǎn)，標(biāo)定點(diǎn)到高剛度桿之間的垂直距離即為力臂值，利用高分辨率相機(jī)拍攝出標(biāo)定點(diǎn)的位置圖像，然后在高低溫環(huán)境下測試時(shí)，再拍攝另一張位置圖像，根據(jù)圖像像素與實(shí)際尺寸之間的關(guān)系，分析兩張圖像獲得標(biāo)定點(diǎn)沿原力臂方向的偏移距離AL，計(jì)算出當(dāng)前高低溫環(huán)境下力臂值。圖像處理技術(shù)已經(jīng)非常成熟，分辨率越高，精確度越高。高分辨率相機(jī)是固定安裝在高低溫箱頂部的觀察窗上，可清晰拍攝出高低溫箱內(nèi)的標(biāo)定點(diǎn)圖像，且安裝方便，測試時(shí)不受高低溫箱內(nèi)溫度的影響。
[0023]被測件的相應(yīng)轉(zhuǎn)角變形可通過激光測量組進(jìn)行非接觸式測量。其中激光測量組應(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(gòu)件剛度測試中。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，測量精度高。
[0024]本發(fā)明的有益效果主要表現(xiàn)在:能對被測件進(jìn)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(qiáng)，具有測量精度高、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)。說明書附圖
[0025]圖1是高低溫環(huán)境下抗彎剛度測試方法及裝置示意圖
[0026]圖2是轉(zhuǎn)角測量計(jì)算示意圖
【具體實(shí)施方式】
[0027]結(jié)合附圖，一種高低溫環(huán)境下抗彎剛度測試方法及裝置，包括高分辨率相機(jī)10、高剛度桿7、激光測量組、力傳感器8、升降裝置9等。
[0028]所述被測件2及其被測件安裝座5放置在高低溫箱I內(nèi)，所述高剛度桿7 —端與升降裝置9固定連接，所述高剛度桿7另一端端部為光滑球面且豎直作用在被測件2上，所述高剛度桿7與升降裝置9之間安裝力傳感器8。
[0029]所述高分辨率相機(jī)10固定在高低溫箱I頂部的觀察窗11上，所述被測件2與安裝座5連接的根部設(shè)一個(gè)標(biāo)定點(diǎn)12，所述標(biāo)定點(diǎn)12到高剛度桿7之間的垂直距離為常溫情況下抗彎剛度測試的力臂 值。所述高分辨率相機(jī)10可拍攝任意溫度下標(biāo)定定點(diǎn)12的位置圖像。
[0030]所述激光測量組包括角錐反光鏡4、激光頭6和計(jì)算模塊；所述被測件2末端和被測件安裝座各安裝一個(gè)角錐反光鏡安裝座3，所述角錐反光鏡安裝座3垂直高剛度桿7，所述一個(gè)角錐反光鏡安裝座3上安裝兩個(gè)角錐反光鏡4，所述兩個(gè)角錐反光鏡4之間的距離為一定值d，所述激光6頭安裝在高低溫箱I外且和高低溫側(cè)面的觀察窗位置相對，所述激光頭6發(fā)射激光經(jīng)過角錐反光鏡4反射得到激光頻率的多普勒頻移，所述每個(gè)激光頭6對應(yīng)一個(gè)角錐反光鏡4。
[0031]所述被測件安裝座3上的角錐反射鏡4及相對于的激光頭6不受高剛度桿的影響。
[0032]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(shí)際轉(zhuǎn)角變形即為θ’ζθ^θρ
【權(quán)利要求】
1.高低溫環(huán)境下抗彎剛度測試方法及裝置，其特征在于:包括高分辨率相機(jī)、高剛度桿、升降裝置等、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； 所述高低溫箱頂部和側(cè)面設(shè)有觀察窗，所述高分辨率相機(jī)固定在高低溫箱頂部的觀察窗上； 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，所述升降裝置位于高低溫箱的上方，所述高剛度桿上端通過力傳感器與升降裝置固接； 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，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)激光頭對應(yīng)一個(gè)角錐反光鏡。
【文檔編號】G01B11/16GK103543075SQ201310430578
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2013年9月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月18日
【發(fā)明者】謝毅 申請人:浙江工商大學(xué)