CN106990012B - 应力环校准装置 - Google Patents

Abstract

根据本发明所涉及的应力环校准装置包括支架单元、具有传感部件的加载单元以及变形记录单元。加载单元设置在支架单元上，变形记录单元设置在支架单元的正对面，包括图像采集部件。本发明所涉及的应力环校准装置通过加载单元对应力环进行加载，载荷大小通过传感部件显示，待加载至校准点时停止加载，待示值稳定后记录传感部件读数，同时通过图像采集部件记录特征标记位置，通过计算位置变化得到应力环变形大小，最后通过测得的数据得到载荷力与变形之间的关系。本发明所提供的应力环校准装置能实现对应力环力值与变形关系的校准，具有结构简单，成本低，使用方便，重复性好，测量精度高的特点。

Description

应力环校准装置

技术领域

本发明属于测量技术领域，具体涉及一种应力环校准装置。

背景技术

基于应力环的应力腐蚀开裂试验方法是美国标准NACE TM0177-2005中提出的方法之一，相较于恒载荷试验方法，基于应力环的试验方法成本较低，实验结果可靠，因而在很多大型钢铁企业有着非常广泛的应用。应力环作为加载工具，在实验时，通过测量变形量确定给予试样的载荷大小，载荷准确度对试验结果有很大的影响，因而应力环每次使用前都需要进行校准，得到变形量与载荷之间的关系。

传统的校准方法采用如图2所示的传统应力环校准装置采用螺母对应力环加载，通过串联在中间的力传感器得到载荷量，再使用百分表或者游标卡尺测量它的变形，得到变形载荷曲线。这种校准方法每次校准都需拆装大量零部件，工作效率很低，人为操作引入误差非常大，难以满足使用单位的需求。CN201010108754.0提出的载荷加载方法虽然引入了自动化的方法，然而缺点是装置较为复杂，每次加载仍需拆装大量零部件，另一方面，装置中采用了步进电机，加载时的工作效率仍然无法得到有效的提升，并且装置中没有变形测量装置，因而仅适用于试验加载，无法满足应力环校准的要求。

发明内容

本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种能够对其载荷力与变形进行快速精确校准的装置。

本发明提供了一种应力环校准装置，具有这样的特征，包括支架单元，包括底座、两根固定杆、上固定块、下固定块、两个平衡弹簧以及压块；加载单元，设置在支架单元上，包括减速机构、传感部件、压盘以及加载部件；以及变形记录单元，设置在支架单元的正对面，包括安装平台、XYZ微动平台、图像采集部件，其中，两根固定杆分别竖直设置在底座上且与底座固定连接，下固定块固定设置在底座上且位于两根固定杆之间，两个平衡弹簧分别套在固定杆上，上固定块与两根固定杆固定连接，压块套装在两根固定杆上且安装在平衡弹簧的上部，压块的上部压力和平衡弹簧的弹力使得压块沿固定杆上下移动，传感部件设置在压块的上部，压盘设置在传感部件的上部，减速机构位于压盘的上方且位于上固定块的下方，减速机构的输出端与压盘的上部相连，加载部件设置在上固定块的上方，加载部件的输出端穿过上固定块后与减速机构的输入端相连，安装平台竖直设置在底座上，XYZ微动平台固定设置在安装平台的上部，图像采集部件固定设置在XYZ微动平台的上部。

在本发明提供的应力环校准装置中，还可以具有这样的特征：其中，图像采集部件为CCD相机。

另外，在本发明提供的应力环校准装置中，还可以具有这样的特征：其中，下固定块的剖面呈凵字形。

另外，在本发明提供的应力环校准装置中，还可以具有这样的特征：其中，压块呈长条形，压块中间两侧分别设置有两个突出的侧板，一侧的侧板的外侧表面设置有多个特征标记。

另外，在本发明提供的应力环校准装置中，还可以具有这样的特征：其中，减速机构的减速比为1：10、1：20、1：30以及1：40中的任意一种。

另外，在本发明提供的应力环校准装置中，还可以具有这样的特征：其中，传感部件为压力传感器。

另外，在本发明提供的应力环校准装置中，还可以具有这样的特征：其中，固定杆与底座通过螺纹固定连接。

发明的作用与效果

根据本发明所涉及的应力环校准装置包括支架单元、具有传感部件的加载单元以及变形记录单元。加载单元设置在支架单元上，变形记录单元设置在支架单元的正对面，包括图像采集部件。

本发明所涉及的应力环校准装置通过加载单元对应力环进行加载，载荷大小通过传感部件显示，待加载至校准点时停止加载，待示值稳定后记录传感部件读数，同时通过图像采集部件记录特征标记位置，通过计算位置变化得到应力环变形大小，最后通过测得的数据得到载荷力与变形之间的关系。本发明所提供的应力环校准装置力值加载范围为(0～35)kN，加载精度达到±0.1％，变形测量采用非接触式的数字图像技术，测量精度可以达到±0.05％。

本发明所提供的应力环校准装置能实现对应力环力值与变形关系的校准，具有结构简单，成本低，使用方便，重复性好，测量精度高(变形测量的最大允许误差±0.1％)，工作效率高(按照TM0177-2005的要求进行，使用所设计的校准装置进行校准，每个应力环花费的时间不超过7分钟)的特点。

附图说明

图1是本发明的实施例中应力环校准装置示意图；以及

图2是传统应力环校准装置示意图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实施例结合附图对本发明应力环校准装置作具体阐述。

实施例

如图1所示，应力环校准装置包括支架单元、加载单元以及变形记录单元。

支架单元包括底座1、两根固定杆11、上固定块6、下固定块5、两个平衡弹簧10以及压块7。

加载单元设置在支架单元上，包括减速机构4、传感部件8、压盘13以及加载部件12。

变形记录单元设置在支架单元的正对面，包括安装平台9、XYZ微动平台2以及图像采集部件3。

两根固定杆11分别竖直设置在底座1上且与底座1固定连接，实施例中，固定杆11与底座1通过螺纹固定连接。

下固定块5固定设置在底座1上且位于两根固定杆11之间，实施例中，下固定块5位于两根固定杆11的中部，与底座1通过螺栓固定连接，下固定块5的剖面呈凵字形。

两个平衡弹簧10分别套在固定杆11上，上固定块6与两根固定杆11固定连接，实施例中，上固定块6通过多个螺母与固定杆11进行固定连接的。

压块7呈长条形，压块7中间两侧分别设置有两个突出的侧板，一侧侧板的外侧表面设置有多个特征标记14，压块7套装在两根固定杆11上且安装在平衡弹簧10的上部，压块7受到来自压块7的上部压力以及来自平衡弹簧10的弹力后，压块7沿固定杆11上下移动，实施例中，压块7中间的剖面呈凵字形，其开口位置与下固定块5相对设置，作为定位板用于固定应力环并防止应力环在校准过程中的转动，特征标记14为多行多列设置的点状标记，具有发光的特征。

传感部件8设置在压块7的上部，用于测量载荷力。实施例中，传感部件8为压力传感器，该压力传感器带有显示装置。

压盘13设置在传感部件8的上部，减速机构4位于压盘13的上方且位于上固定块6的下方，减速机构4的输出端与压盘13的上部相连，减速机构4的减速比为1：10、1：20、1：30以及1：40中的任意一种，实施例中，减速机构4的减速比为1：20。

加载部件12设置在上固定块6的上方，加载部件12的输出端穿过上固定块6后与减速机构4的输入端相连，实施例中，加载部件12为加载手柄。

安装平台9竖直设置在底座1上，XYZ微动平台2固定设置在安装平台9的上部，图像采集部件3固定设置在XYZ微动平台2的上部。实施例中，图像采集部件为CCD相机。

应力环校准装置的安装步骤：

安装时，首先将应力环下固定块5固定在安装底座1上。平衡弹簧10套在固定杆11上，固定杆11安装在安装底座1上，然后将压块7安装在平衡弹簧10上方。然后依次将压力传感器、压盘13、减速机构4、上固定块6和加载手柄安装在压块7上方，然后用螺母将上固定块6锁死。安装平台9通过螺纹固定在安装底座1上，XYZ微动平台2安装在安装平台9上，最后将CCD相机安装在XYZ微动平台2上。校准装置安装完成。

应力环校准装置的校准步骤：

校准时，将应力环H放置在压块7和下固定块5中间，压块7紧贴在应力环H上方。XYZ微动平台2调整相机位置，使压块7上的特征标记14能够清晰显示在CCD相机3上。准备工作完成，开始校准。CCD相机3记录特征标记14在画面中的位置，然后开始加载。通过加载手柄12对应力环H进行加载，载荷大小通过力传感器8显示仪表确认，待加载至校准点时停止加载，待示值稳定后记录力传感器8读数，同时通过CCD相机3记录特征标记14位置，通过计算位置变化得到应力环H变形大小。

应力环校准装置操作方法：

为了验证本发明的校准装置的测量精度、工作效率以及可靠性，现与一套如图2所示的传统应力环校准装置M作对比，分别对相同的全新的应力环进行校准(CORTEST生产，最大载荷力为30kN)，应力环H的载荷力与变形关系已由生产厂家给出。

本发明的校准装置的校准方法为，将应力环H放置在上下固定块之间，调整相机位置，使压块7上的特征标记14能在相机上清晰显示，拍摄记录初始图像，然后通过加载手柄进行加载，利用校准装置先对应力环H作满量程预加载3次，然后开始进行加载，校准点分别为进程5kN，10kN，15kN，20kN，25kN，30kN，回程25kN，20kN，15kN，10kN，5kN然后卸载，加载至校准点时停止加载，加载力通过校准装置上的压力传感器确定，当压力值稳定后进行应力环变形的测量。待压力传感器数值稳定后，相机再次拍摄特征标记，并与上一幅画面进行对比，得到变形数据，再次加载至下一校准点直至校准结束。最后通过测得的数据得到载荷力与变形之间的关系。

传统校准装置M校准方法为，首先通过连接件将应力环固定在底座上，传感器固定在应力环中间，安装完成后测量应力环上下测量点之间的距离L，然后开始加载。加载时使用扳手旋转螺母使应力环变形，至校准点时停止加载，待力传感器数值稳定后用游标卡尺测量应力环上下测量点的距离L’得到变形量，记录数据后加载至下一校准点。

实施结果：

将本发明的校准装置与传统校准装置的测量结果与厂家提供的数据进行对比后发现，本发明校准变形最大示值误差为-0.04％，示值的扩展不确定度为0.02％(k＝2)，而传统校准装置由于需要连接件的校准且是人工进行手工工具测量，最大示值误差3.9％，示值的扩展不确定度为2％(k＝2)，大大高于本发明。

另一方面，本发明的校准装置校准一台应力环的时间为6分39秒，而传统校准装置所用时间为32分钟，明显快于传统校准装置。

实施例的作用与效果

根据本实施例所涉及的应力环校准装置包括支架单元、具有传感部件的加载单元以及变形记录单元。因为加载单元设置在支架单元上，变形记录单元设置在支架单元的正对面，包括图像采集部件。本发明所涉及的应力环校准装置通过加载单元对应力环进行加载，载荷大小通过传感部件显示，待加载至校准点时停止加载，待示值稳定后记录传感部件读数，同时通过图像采集部件记录特征标记位置，通过计算位置变化得到应力环变形大小，最后通过测得的数据得到载荷力与变形之间的关系。本实施例所提供的应力环校准装置力值加载范围为(0～35)kN，加载精度达到±0.1％，变形测量采用非接触式的数字图像技术，测量精度可以达到±0.05％。

本实施例所提供的应力环校准装置能实现对应力环力值与变形关系的校准，具有结构简单，成本低，使用方便，重复性好，测量精度高(变形测量的最大允许误差±0.1％)，工作效率高(按照TM0177-2005的要求进行，使用所设计的校准装置进行校准，每个应力环花费的时间不超过7分钟)的特点。

另外，实施例中的图像采集部件采用CCD相机，具有操作方便，成本低的特点。

进一步地，实施例中的传感部件采用压力传感器，具有采购方便，成本低的特点。

进一步地，实施例中的压块和下固定块的剖面均呈凵字形，具有对应力环进行固定并防止应力环在校准过程中出现转动的作用。

上述实施方式为本发明的优选案例，并不用来限制本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种应力环校准装置，其特征在于，包括：

支架单元，包括底座、两根固定杆、上固定块、下固定块、两个平衡弹簧以及压块；

加载单元，设置在支架单元上，包括减速机构、传感部件、压盘以及加载部件；以及

变形记录单元，设置在所述支架单元的正对面，包括安装平台、XYZ微动平台、图像采集部件，

其中，两根所述固定杆分别竖直设置在所述底座上且与所述底座固定连接，

所述下固定块固定设置在所述底座上且位于两根所述固定杆之间，所述下固定块的剖面呈凵字形，

两个所述平衡弹簧分别套在所述固定杆上，

所述上固定块与两根所述固定杆固定连接，所述压块套装在两根所述固定杆上且安装在所述平衡弹簧的上部，来自所述压块的上部压力和所述平衡弹簧的弹力使得所述压块沿所述固定杆上下移动，

所述传感部件设置在所述压块的上部，

所述压盘设置在所述传感部件的上部，

所述减速机构位于所述压盘的上方且位于所述上固定块的下方，

所述减速机构的输出端与所述压盘的上部相连，

所述加载部件设置在所述上固定块的上方，所述加载部件的输出端穿过所述上固定块后与所述减速机构的输入端相连，

所述安装平台竖直设置在所述底座上，XYZ微动平台固定设置在所述安装平台的上部，所述图像采集部件固定设置在XYZ微动平台的上部，

所述图像采集部件为CCD相机。

2.根据权利要求1所述的应力环校准装置，其特征在于：

其中，所述压块呈长条形，所述压块中间两侧分别设置有两个突出的侧板，一侧的所述侧板的外侧表面设置有多个特征标记。

3.根据权利要求1所述的应力环校准装置，其特征在于：

其中，所述减速机构的减速比为1：10、1：20、1：30以及1：40中的任意一种。

4.根据权利要求1所述的应力环校准装置，其特征在于：

其中，所述传感部件为压力传感器。

5.根据权利要求1所述的应力环校准装置，其特征在于：

其中，所述固定杆与所述底座通过螺纹固定连接。

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