CN106353250B - 一种激光斜面摩擦系数测量仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种激光斜面摩擦系数测量仪，包括支架、试验台、升降机构、激光发射器和长度测量器；试验台一端与支架铰接，另一端的面板为载物区，载物区的侧边设有位移传感器，试验台的底面设有反射镜，升降机构设置在支架上，升降机构与试验台的非铰接端相连接，激光发射器设置在试验台下方的支架上，设置激光发射方向水平朝向试验台铰接端，长度测量器设置在激光发射器下方的支架上，通过在长度测量器接收由反射镜反射的激光；区别于现有技术，本发明具有如下优点：激光发射器发出的激光，经过反射镜的反射，照射在光栅尺上，放大了试验台的倾角，通过测量激光束的发射高度与光栅尺的读数计算出试验台翻转角的正切值，即为所求的摩擦系数。

Description

一种激光斜面摩擦系数测量仪

技术领域

本发明涉及测量仪器领域，特别涉及一种激光斜面摩擦系数测量仪。

背景技术

摩擦系数是物理学中的一个重要参数，它的测量对工程机械尤为重要，它的大小会受到不同的环境因素和实验条件的影响，而现有技术中相关物体间的激光摩擦系数数据一般仅为1到2位有效数字，精度不高，故需针对实际测量环境进行实地、简便的测量。

专利号：201420766523.2(发明名称：一种托盘静摩擦系数测量装置，申请日：2014.12.08，公布日：2015.3.18，公开号：CN204214763U)公布了一种托盘静摩擦系数测量装置，由测试框架、安装架、叉齿、电机、绳索、辅助支撑滚轮、导向滚轮、固定安装杆、调节安装杆及测力器构成，所述的绳索搭置于辅助支撑滚轮及导向滚轮上，绳索的一端通过电机驱动连接，绳索的另一端连接有测力器。该装置具有省人省力、方便操作、保证试验环境以及保证试验数据准确性等优点，但通过测量水平摩擦力的方式来测定摩擦系数，无法准确地判定物体在最大静摩擦力状况时的临界状态。

专利号：201420184855.X(发明名称：硅芯管内壁摩擦系数测量装置，申请日：2014.04.16，公布日：2014.08.20，公开号：CN203786014U)公布了一种硅芯管内壁摩擦系数测量装置，利用水平基座上的量角器测量下滑斜面的翻转角度；当测量块匀速滑出固定在硅芯管固定装置上的硅芯管的内壁时，量角器所测量到的测量板翻转角度的正切值即为硅芯管内壁摩擦系数。但是，量角器是利用平角等分原理进行测量，其分度值为1°，测量误差相对较大，在求取正切值后会造成小数点后一位的直接误差。

发明内容

为此，需要提供一种激光斜面摩擦系数测量仪，来解决现有技术中摩擦系数数据仅为1到2位有效数字，精度不高的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种激光斜面摩擦系数测量仪，其特征在于，包括支架、试验台、升降机构、激光发射器和长度测量器；

所述支架包括底板、四根支柱和横杆，四根支柱分别为第一支柱、第二支柱、第三支柱和第四支柱；所述第一支柱、第二支柱连接在底板一侧的两个角上，所述第三支柱、第四支柱连接在底板另一侧的两个角上，所述横杆连接第三支柱、第四支柱；

所述试验台的一端通过铰链固定在第一支柱和第二支柱上，另一端的面板为载物区，所述载物区的侧边设有位移传感器，所述试验台的底面设有反射镜；

所述升降机构设置在横杆底面，升降机构穿过横杆与试验台的非铰接端相连接，并带动试验台非铰接端上下移动；

所述激光发射器设置在横杆侧面，激光发射方向水平朝向试验台铰接端；

所述长度测量器选用光栅尺，所述光栅尺为两段，分别沿第一支柱与第二支柱的中心平面对称，两段光栅尺一端相互连接，光栅尺相连一端设为零点，并设置在激光发射器下方的底板上，通过在长度测量器接收由反射镜反射的激光。；

当试验台倾角小于45度时，采用tan2θ＝H/L计算tan2θ，进而采用

计算摩擦力的数值，或判断数值L与H的数值大小，当L＞H时，通过

得出摩擦力的数值，当L＜H时，通过

得出摩擦力的数值；

当试验台倾角大于45度时，通过tan(180°-2θ)＝H/L以及

计算出摩擦力的数值。

区别于现有技术，上述技术方案具有如下优点：激光发射器发出的激光，经过反射镜的反射，以2倍于斜面翻转角的角度照射在长度测量器上，放大了试验台上升的角度，当位移传感器检测到物块下滑时，提示操作人员停止升降机构的上升，此时通过测量计算出试验台翻转角的正切值，即为所求的摩擦系数。

进一步地，所述升降机构为丝杆升降机，所述丝杆升降机通过升降丝杆支撑斜面滑轨。

通过设置丝杆升降机，丝杆进行螺旋式上升，升降机构的精度与速度得以进一步提升。

进一步地，还包括升降机构与横杆连接处之间设有缓冲材料。

通过设置横杆与升降机构之间的缓冲材料，使得丝杆升降机工作时的震动被阻隔，防止同样设置在横杆上的激光发射器因震动出现激光束出现偏移的现象，提高了测量精度。

进一步地，所述长度测量器选用光栅尺，所述光栅尺为两段，分别沿第一支柱与第二支柱的中心平面对称，所述两段光栅尺一端相互连接，另一端设为零点，当斜面倾角小于45°时，激光束打在右侧光栅尺上，当斜面倾角大于45°时，激光束打在左侧光栅尺上。

通过对应不同情况将光栅尺分为左右两段，可测量0到90度范围内的摩擦系数值。

进一步地，还包括试验台非铰接端设置的夹具。

通过夹具的设置，可更换试验台上与物块接触的材料，使得待测物体的材质选择更加多样。

通过设置控制器，位移传感器监测物块移动、升降机构的上升过程以及光栅尺读数的显示得以自动化，降低仪器操作难度，提高测量过程的精准度。

为实现上述目的，本发明还提供另外一种激光斜面摩擦系数测量仪，包括支架、试验台、反射镜、升降机构、激光发射器和长度测量器；

所述支架包括底板、四根支柱和横杆，四根支柱分别为第一支柱、第二支柱、第三支柱和第四支柱；所述第一支柱、第二支柱连接在底板一侧的两个角上，所述第三支柱、第四支柱连接在底板另一侧的两个角上，所述横杆连接第三支柱、第四支柱；

所述试验台一端与第一支柱、第二支柱连接，试验台一端连接反射镜，另一端的面板为载物区，所述载物区的侧边设有位移传感器；

所述升降机构设置在支架上，升降机构与试验台的非铰接端相连接，并带到试验台一端上下移动；

所述激光发射器设置在试验台下方的支架上，设置激光发射方向水平朝向反射镜；

所述长度测量器设置在激光发射器下方的支架上，通过在长度测量器接收由反射镜反射的激光。

区别于现有技术，上述技术方案具有如下优点：激光发射器发出的激光，经设置在试验台一端的反射镜反射，以两倍于反射镜相对于水平面的角度照射在长度测量器上，放大了试验台上升的角度，当位移传感器检测到物块下滑时，操作人员停止升降机构的上升，此时通过测量计算出试验台翻转角的正切值，即为所求的摩擦系数。

进一步地，试验台一端端面底部与第一支柱和第二支柱的连接处分别通过合页连接。

通过将试验台一端端面底部与第一支柱和第二支柱分别通过合页连接，使得试验台的旋转点位于试验台的底部，使得试验台另一端通过升降机构上升时，试验台绕一端端面底部旋转，消除了板厚对测量精度的影响。

进一步地，所述反射镜与斜面的夹角为22.5°。

通过将反射镜与斜面的夹角设为22.5°，使得激光束反射至长度测量器上的角度为45°加上两倍的试验台翻转角，便于进行计算。

进一步地，还包括控制器，所述控制器分别与升降机构、激光发射器、位移传感器和长度测量器电连接。

通过设置控制器，位移传感器监测物块移动、升降机构的上升过程以及长度测量器读数的显示得以自动化，降低仪器操作难度，提高测量过程的精准度。

附图说明

图1为本发明实施例一中激光斜面摩擦系数测量仪的结构示意图；

图2为本发明实施例一中当试验台倾角在0到45度时的计算分析示意图；

图3为本发明实施例一中当试验台倾角在45到90度时的计算分析示意图。

图4为本发明实施例二中激光斜面摩擦系数测量仪的结构示意图；

图5为本发明实施例二中当试验台倾角在0到45度时的计算分析示意图。

附图标记说明：

101、支架；102、底板；103、第一支柱；104、第二支柱；

105、第三支柱；106、第四支柱；107、横杆；

201、试验台；202、夹具；203、反射镜；204、位移传感器；

301、升降机构；

401、激光发射器；402、激光束；

501、长度测量器；

601、缓冲装置；

701、控制器；

801、合页。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。

实施例一、

请一并参阅图1、图2及图3，图1为本发明激光斜面摩擦系数测量仪的结构示意图，在支架101上，第一支柱103和第二支柱104设置在底板102一端的两个角上，第三支柱105和第四支柱106设置在底板102另一端的两个角上，横杆107两端分别连接第三支柱105和第四支柱106，试验台201一端与第一支柱103和第二支柱104铰接，另一端的面板为载物区，载物区上设置待测物块，载物区的侧边设有位移传感器204(本实施例中位移传感器选用光电式位移传感器，也可选用霍耳式位移传感器)，试验台201底部设有反射镜203，(本实施例中选用圆形的反射镜设置在激光发射器的激光束光路上，也可以选用覆盖试验台底部的反射镜，覆盖试验台底部发反射镜使得激光发射器所发出的激光束反射范围增大)，试验台201另一端端部设置有夹具202，夹具202夹住不同材质的摩擦力测片，升降机构301设置在横杆107下方，横杆107与升降机构301之间设置缓冲装置601，(本实施例中缓冲装置选用塑料泡沫，也可以选用橡胶、塑料等材质作为缓冲装置)本实施例中升降机构301选用丝杆升降机(也可选用螺杆升降机或手摇式升降机)，所述丝杆升降机的丝杆支撑试验台201的非铰接端，并带动其上下移动，激光发射器401设置在横杆107上，激光发射方向水平朝向试验台201铰接端，激光发射器401发射出的激光束402经反射镜203反射至设置在激光发射器401下方的长度测量器501上，长度测量器501安装在底板102上，控制器701与位移传感器204电连接，接收位移传感器204的电信号，控制器701通过电机驱动装置与升降机构301电连接，驱动升降机构301工作，控制器701与激光发射器401及长度测量器501电连接，传输电信号触发激光发射器401发射激光束并接受长度测量器501的数值信息(本实施例中的控制器701选用单片机)。

根据上述结构，在具体操作时，摩擦片设置在载物区，并通过夹具202夹住，物块放置在载物区上，与摩擦片接触，控制器701发出信号控制丝杆升降机上升，并带动试验台201的非铰接端向上移动，当位移传感器204检测到物块下移时，位移传感器204的信号发送回控制器701，控制器701发送信号停止丝杆升降机的上升，并发送信号触发激光发射器401发射激光束402，激光束402通过反射镜203反射并落在光栅尺上，光栅尺的数值传送回单片机上。

当试验台倾角小于45度时，如图2所示，激光束经过反射照射在第一支柱与第二支柱右侧的光栅尺上，此时，由单片机内预设的激光束相对于底板的高度H与采集到的右侧光栅尺的读数L，代入预先写入单片机的公式tan2θ＝H/L来计算tan2θ的数值，之后通过写入单片机内的另一个公式

计算摩擦力的数值。

当试验台倾角大于45度时，如图3所示，激光束经过反射照射在第一、第二支柱左侧的光栅尺上，此时，由单片机内预设的激光束与底板之间的高度H与采集到的左侧光栅尺的读数L，带入预先写入单片机的公式

计算出摩擦力的数值。

在某些实施例中，单片机可仅用于采集测量数据，数据由单片机通过串口连接计算机等方式导出后由操作人员进行笔算。

根据上述结构可以看出，本发明在位移传感器监测到物块向下滑动时，升降机构停止上升，激光发射器发射激光束，激光束经过反射镜的反射，以2倍于斜面翻转角的角度照射在光栅尺上，放大了试验台上升的角度，且光栅尺提高了测量的精度；通过激光发射高度与光栅尺的读数计算出试验台翻转角的正切值(tan)，即为所求的摩擦系数，相对于手动使用量角器及尺子测量的数值更为精确；当位移传感器检测到物块下滑时向控制器发出信号，控制器向升降机构发送信号停止其上升，并且触发激光发射器发射激光束，激光束经反射镜反射并照射在光栅尺上，光栅尺显示读数，并通过公式计算摩擦力，通过控制器的运用，使得人为操作仪器造成的误差得以消除，增加了摩擦力的测量精度。

实施例二、

请一并参阅图4和图5，图4为本发明激光斜面摩擦系数测量仪的结构示意图，在支架101上，第一支柱103和第二支柱104设置在底板102一端的两个角上，第三支柱105和第四支柱106设置在底板102另一端的两个角上，横杆107两端分别连接第三支柱105和第四支柱106，试验台201一端的端面通过两个合页801分别连接第一支柱103和第二支柱104，另一端的面板为载物区，载物区上设置待测物块，载物区的侧边设有位移传感器204(本实施例中位移传感器选用光电式位移传感器，也可选用霍耳式位移传感器)，区别于实施例一中反射镜203设置在试验台201底面的设置方式，本实施例中的反射镜203通过固定连接件连接试验台201一端端面，反射镜203相对于试验台201的夹角设置为22.5°，反射镜203的角度方向为试验台201沿连接点顺时针旋转的方向上，升降机构301设置在横杆107下方，本实施例中升降机构301选用丝杆升降机(也可选用螺杆升降机或手摇式升降机)，所述丝杆升降机的丝杆支撑试验台201的非铰接端，并带动其上下移动，激光发射器401设置在横杆107上，激光发射方向水平朝向反射镜203，激光发射器401发射出的激光束402经反射镜203反射至设置在激光发射器401下方的长度测量器501上，长度测量器501安装在底板102上(本实施例中长度测量器选用光栅尺)，控制器701与位移传感器204电连接，接受位移传感器204的电信号，控制器701通过电机驱动装置与升降机构301电连接，驱动升降机构301工作，控制器701与激光发射器401及长度测量器501电连接，传输电信号触发激光发射器401发射激光束并接受长度测量器501的数值信息(本实施例中的控制器701选用单片机)。

根据上述结构，在具体操作时，物块放置在载物区上，控制器701发出信号控制丝杆升降机上升，并带动试验台201的非连接端向上移动，当位移传感器204检测到物块下移时，位移传感器204的信号发送回控制器701，控制器701发送信号停止丝杆升降机的上升，并发送信号触发激光发射器401发射激光束402，激光束402通过反射镜203反射并落在光栅尺上，光栅尺的数值传送回单片机上。

当试验台倾角小于45度时，如图5所示，由单片机内预设的激光束相对于底板的高度H与采集到的激光束落点的数值L以预先写入单片机内的公式tan(45°+2θ)＝H/L来计算tan2θ的数值，并判断数值L与H的数值大小，当L＞H时，通过预先写入单片机的公式

得出摩擦力的数值，当L＜H时，通过预先写入单片机的公式

得出摩擦力的数值。

在某些实施例中，单片机可仅用于采集测量数据，数据由单片机通过串口连接计算机等方式导出后由操作人员进行笔算。

根据上述结构可以看出，本发明在位移传感器监测到物块向下滑动时，升降机构停止上升，激光发射器发射激光束，激光束经过反射镜的反射，以2倍于反射镜与水平面的夹角角度照射在光栅尺上，放大了试验台上升的角度，且光栅尺提高了测量的精度；通过激光发射高度与光栅尺的读数计算出试验台翻转角的正切值(tan)，即为所求的摩擦系数，相对于手动使用量角器及尺子测量的数值更为精确；当位移传感器检测到物块下滑时向控制器发出信号，控制器向升降机构发送信号停止其上升，并且触发激光发射器发射激光束，激光束经反射镜反射并照射在光栅尺上，光栅尺显示读数，并通过公式计算摩擦力，通过控制器的运用，使得人为操作仪器造成的误差得以消除，增加了摩擦力的测量精度。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利保护范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种激光斜面摩擦系数测量仪，其特征在于，包括支架、试验台、升降机构、激光发射器和长度测量器；

所述支架包括底板、四根支柱和横杆，四根支柱分别为第一支柱、第二支柱、第三支柱和第四支柱；所述第一支柱、第二支柱连接在底板一侧的两个角上，所述第三支柱、第四支柱连接在底板另一侧的两个角上，所述横杆连接第三支柱、第四支柱；

所述试验台的一端通过铰链固定在第一支柱和第二支柱上，另一端的面板为载物区，所述载物区的侧边设有位移传感器，所述试验台的底面设有反射镜；

所述升降机构设置在横杆底面，升降机构穿过横杆与试验台的非铰接端相连接，并带动试验台非铰接端上下移动；

所述激光发射器设置在横杆侧面，激光发射方向水平朝向试验台铰接端；

所述长度测量器选用光栅尺，所述光栅尺为两段，分别沿第一支柱与第二支柱的中心平面对称，两段光栅尺一端相互连接，光栅尺相连一端设为零点，并设置在激光发射器下方的底板上，通过在长度测量器接收由反射镜反射的激光；

当试验台倾角小于45度时，采用tan2θ＝H/L计算tan2θ，进而采用

计算摩擦力的数值，或判断数值L与H的数值大小，当L＞H时，通过

得出摩擦力的数值，当L＜H时，通过

得出摩擦力的数值；

当试验台倾角大于45度时，通过tan(180°-2θ)＝H/L以及

计算出摩擦力的数值。

2.根据权利要求1所述的激光斜面摩擦系数测量仪，其特征在于，所述升降机构为丝杆升降机，所述丝杆升降机通过穿过横杆的升降丝杆支撑斜面滑轨。

3.根据权利要求1所述的激光斜面摩擦系数测量仪，其特征在于，所述升降机构与横杆连接处之间设有缓冲材料。

4.根据权利要求1所述的激光斜面摩擦系数测量仪，其特征在于，所述试验台的非铰接端设置有夹具。

5.根据权利要求1所述的激光斜面摩擦系数测量仪，其特征在于，还包括控制器，所述控制器分别与升降机构、激光发射器、位移传感器和长度测量器电连接。

6.一种激光斜面摩擦系数测量仪，其特征在于，包括支架、试验台、反射镜、升降机构、激光发射机构和长度测量器；

所述支架包括底板、四根支柱和横杆，四根支柱分别为第一支柱、第二支柱、第三支柱和第四支柱；所述第一支柱、第二支柱连接在底板一侧的两个角上，所述第三支柱、第四支柱连接在底板另一侧的两个角上，所述横杆连接第三支柱、第四支柱；

所述试验台一端与第一支柱、第二支柱连接，试验台一端连接反射镜，另一端的面板为载物区，所述载物区的侧边设有位移传感器；

所述升降机构设置在支架上，升降机构与试验台的非铰接端相连接，并带到试验台一端上下移动；

所述激光发射器设置在试验台下方的支架上，设置激光发射方向水平朝向反射镜；

所述长度测量器设置在激光发射器下方的支架上，通过在长度测量器接收由反射镜反射的激光。

7.根据权利要求6所述的激光斜面摩擦系数测量仪，其特征在于，试验台一端端面底部与第一支柱和第二支柱的连接处分别通过合页连接。

8.根据权利要求6所述的激光斜面摩擦系数测量仪，其特征在于，所述反射镜与斜面的夹角为22.5°。

9.根据权利要求6所述的激光斜面摩擦系数测量仪，其特征在于，还包括控制器，所述控制器分别与升降机构、激光发射器、位移传感器和长度测量器电连接。

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