CN108088366B - 一种结构模型尺寸及变形的非接触式检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及大学生结构设计竞赛技术领域，公开了一种结构模型尺寸及变形的非接触式检测装置，所述检测装置包括分别设置在两个支撑部上的激光发射装置和校核装置，所述激光发射装置包括立柱、横梁及激光标线器；所述校核装置包括校核板和固定在支撑平板上的支撑架，所述校核板由水平板、侧立板及正面立板组成，水平板、侧立板及正面立板两两之间相互垂直，结构简单，但实用性强；还公开了一种结构模型尺寸及变形的非接触式检测方法，采用激光面检测模型尺寸与变形，不与结构模型产生接触，不会破坏模型，便于观察，减少了人为误差，让比赛更公平、公正。

Description

一种结构模型尺寸及变形的非接触式检测装置及方法

技术领域

本发明涉及大学生结构设计竞赛技术领域，具体涉及一种结构模型尺寸及变形的非接触式检测装置及方法。

背景技术

大学生结构模型设计竞赛是土木工程专业学生的重要的学科竞赛之一，能够培养学生结构设计概念和实际动手能力。结构模型设计竞赛一般要求学生根据要求制作模型，然后测量尺寸，满足要求后进入加载环节，加载后或者加载过程中需要测量模型的变形，因而模型尺寸与变形的测量是结构模型设计竞赛的重要任务。

学生制作的结构模型尺寸一般被限定在一定空间内，尺寸合规性检测也就是检测模型是否有超限现象，目前一般根据赛题限定条件制作有机玻璃盒子，使有机玻璃板内侧与模型外边界重合，进而检测模型尺寸是否满足要求，该方法费时费力，在模型检测时如果参赛模型尺寸是按照界限尺寸制作，稍有不慎就会碰到参赛模型，会对模型造成损伤，严重的会导致模型坍塌，因而风险较高。

赛题一般对加载后的极限变形值进行限定，即模型的任何一部分承重构件的极限位移不能超过限定值，实际竞赛中一般是采用钢板尺进行测量，误差较大，且人为影响因素较多，操作不慎同样会损坏模型。

因而，有必要采用非接触式的检测手段解决以上问题。

发明内容

本发明的目的在于提供发明提出了一种结构模型尺寸及变形的非接触式检测装置及方法，它通过激光标线器发射出的激光面，解决了结构模型尺寸与极限变形的测量，提高了测试效率和精度。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供一种结构模型尺寸及变形的非接触式检测装置，所述检测装置包括分别设置在两个支撑部上的激光发射装置和校核装置，所述支撑部包括支撑平板、设置在支撑平板下侧面的微调旋钮及设置在支撑平板上的水准泡；所述激光发射装置包括立柱、横梁及激光标线器，所述立柱的下端可拆卸连接在支撑平板的一端，立柱上纵向滑动连接有多个横梁，所述横梁两侧通过万向支架固定有多个激光标线器；所述校核装置包括校核板和固定在支撑平板上的支撑架，所述校核板由水平板、侧立板及正面立板组成，水平板、侧立板及正面立板两两之间相互垂直，所述支撑架由两块不等长且可转动连接的板组成，其中较短的板与地面垂直。

进一步地，所述为水平板、侧立板及正面立板为磁性写字板。

进一步地，所述可拆卸连接为在支撑平板的上侧面设置圆柱形凸起，在立柱下端开设与圆柱形凸起相匹配的第一凹槽，所述圆柱形凸起与第一凹槽之间为间隙配合。

进一步地，所述水平板与正面立板的下侧面垂直，所述侧立板与正面立板的左侧面或右侧面垂直。

进一步地，所述滑动连接为在立柱的前侧面的上部设置第二凹槽，在横梁的中部设置与第二凹槽相配合的方形凸起，所述第二凹槽的底侧面及方形凸起的前侧面上布设有磁性相匹配的磁铁。

本发明还提供一种利用一种结构模型尺寸及变形的非接触式检测装置的结构模型尺寸及变形的非接触式检测方法，包括以下步骤：

步骤1：在比赛场地内确定结构模型安装的中心点，以中心点为基准点，按照比赛检测要求确定检测装置的安装位置，安装检测装置，调整检测装置中的激光发射装置和校核装置处于水平状态，所述激光发射装置和校核装置的中心点与结构模型安装的中心点在同一水平线上；

步骤2：以校核装置中校核板的中心点为基准点，在校核板的正面立板上画出比赛要求的结构模型空间范围边界的正视投影图及位移限制线，或侧视投影图及位移限制线，同时在水平板上画出正视投影图或侧视投影图中竖线的垂直线，在侧立板上画出位移限制线及正视投影图或侧视投影图中横线的垂直线；

步骤3：打开激光发射装置的激光标线器，调节横梁高度，使激光标线器发射出的激光面在正面立板、水平板和侧立板上形成的线分别与正视投影图或侧视投影图中竖线和其垂直线、正视投影图或侧视投影图中横线和其垂直线以及位移限制线和其垂直线重合，关闭激光标线器；

步骤4：在步骤1确定的结构模型安装的中心点上安装待检测的结构模型，打开正视投影图或侧视投影图中横线及竖线对应的激光标线器，若待检测的结构模型上未发现红色线条，则该结构模型的尺寸合格；

步骤5：在待检测的结构模型进行加载后，打开位移限制线对应的激光标线器，若待检测的结构模型上未发现红色线条，则该结构模型的变形合格。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：

1.本发明非接触式检测装置的结构简单，但实用性强，其中支撑平板、立柱、横梁、校核板均为独立部件，使用时安装方便，也便于收纳；利用横梁上方形凸起的前侧面及立柱上第二凹槽的底侧面上布设有磁性相匹配的磁铁，可以使横梁稳定地安装在立柱上并保持水平，使用完毕后，旋转横梁使横梁与立柱之间的夹角缩小，多个横梁之间相互平行，便于收纳。

2.本发明非接触式检测方法，采用激光面检测模型尺寸与变形，不与结构模型产生接触，不会破坏模型，实用性强；检测时，在校核板上设置位移限制线，一旦比赛选手的结构模型加载后的任一部分超出了位移限制线，结构模型上就会显示出红线，便于观察，减少了人为误差，让比赛更公平、公正。

附图说明

图1为本发明一种结构模型尺寸及变形的非接触式检测装置的结构示意图。

图2为本发明一种结构模型尺寸及变形的非接触式检测装置中立杆的结构示意图。

图3为本发明一种结构模型尺寸及变形的非接触式检测装置中横梁的结构示意图。

图4为本发明一种结构模型尺寸及变形的非接触式检测方法实施例中赛题要求的结构模型空间范围示意图。

图5为本发明一种结构模型尺寸及变形的非接触式检测方法实施例中结构模型边界的投影图及位移限制线。

附图中标号：1为支撑平板，2为微调旋钮，3为水准泡，4为立杆，5为横梁，6为激光标线器，7为万向支架，8为支撑架，9为水平板，10为侧立板，11为正面立板，12为方形凸起。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限定本发明的保护范围。若未特别指明，实施例中所用技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。下述实施例中的试验方法，如无特别说明，均为常规方法。

如图1~3所示，一种结构模型尺寸及变形的非接触式检测装置，所述检测装置包括分别设置在两个支撑部上的激光发射装置和校核装置，所述支撑部包括支撑平板1、设置在支撑平板1下侧面的微调旋钮2及设置在支撑平板1上的水准泡3；所述激光发射装置包括立柱4、横梁5及激光标线器6，所述立柱4的下端可拆卸连接在支撑平板1的一端，立柱4上纵向滑动连接有多个横梁5，所述横梁5两侧通过万向支架7固定有多个激光标线器6；所述校核装置包括校核板和固定在支撑平板1上的支撑架8，所述校核板由水平板9、侧立板10及正面立板11组成，水平板9、侧立板10及正面立板11两两之间相互垂直，所述支撑架8由两块不等长且可转动连接的板组成，其中较短的板与地面垂直。

所述为水平板9、侧立板10及正面立板11为磁性写字板。

所述可拆卸连接为在支撑平板1的上侧面设置圆柱形凸起，在立柱4下端开设与圆柱形凸起相匹配的第一凹槽，所述圆柱形凸起与第一凹槽之间为间隙配合。

所述可转动连接为合页连接。

所述水平板9与正面立板11的下侧面垂直，所述侧立板10与正面立板11的左侧面或右侧面垂直。

所述滑动连接为在立柱4的前侧面的上部设置第二凹槽，在横梁5的中部设置与第二凹槽相配合的方形凸起12，所述第二凹槽的底侧面及方形凸起12的前侧面上布设有磁性相匹配的磁铁。

使用时，激光发射装置的组装步骤如下：将立柱4下端的第一凹槽插入支撑平板1上的圆柱形凸起，将立柱4立起，再将横梁5上的方形凸起12对准立柱4上的第二凹槽，由于方形凸起12的前侧面及第二凹槽的底侧面上布设有磁性相匹配的磁铁，使得横梁5可以稳定地安装在立柱4上并保持水平，最后转动微调旋钮2观察水准泡3是否处于中间，使激光发射装置保持水平，使用完毕后，旋转横梁5使横梁5与立柱之间的夹角缩小，多个横梁5之间相互平行，便于收纳。校核装置的组装步骤如下：先组装校核板，根据每次比赛要求不同，选择不同尺寸的水平板9、侧立板10及正面立板11，用502胶粘接使得水平板9的下侧面与正面立板11的下侧面在一个平面上、侧立板10的后侧面与正面立板11的右侧面或左侧面在一个平面上，然后将组装好的校核板立在支撑平板1上，校核板后侧用支撑架8支撑，转动合页使支撑架8中较短的板紧贴校核板后侧，支撑架8中较长的板立于支撑平板1上，最后转动微调旋钮2观察水准泡3是否处于中间，使校核装置保持水平。

本实施例以河南省第五届大学生结构模型设计竞赛赛题来说明本发明一种结构模型尺寸及变形的非接触式检测方法，赛题要求参赛选手在图4所示的结构模型空间范围内，且要求施加风荷载后结构模型下边缘最外侧构件不能超出原始外边界50mm。检测方法具体包括以下步骤：

步骤1：在比赛场地内确定结构模型安装的中心点，以中心点为基准点，在基准点前方、左方5m处分别安装两台检测装置的激光发射装置，在基准点后方、右方0.5m处分别安装两台激光发射装置对应的校核装置，调整微调旋钮2让水准泡处于中间位置，使激光发射装置和校核装置处于水平状态，所述激光发射装置和校核装置的中心点与结构模型安装的中心点在同一水平线上。

值得说明的是，安装后激光发射装置与校核装置的纵向中心线平行，横向中心线同轴。

步骤2：以校核装置中校核板的中心点为基准点，在基准点后方校核板的正面立板11上画出结构模型空间范围边界的正视投影图及位移限制线，同时在水平板9上画出空间范围边界的正视投影图中竖线的垂直线，在侧立板10上画出的结构模型空间范围边界的正视投影图中横线的垂直线，在侧立板10上画出空间范围边界的位移限制线的垂直线；在基准点右方校核板的正面立板11上画出结构模型空间范围边界的侧视投影图及位移限制线，同时在水平板9上画出空间范围边界的侧视投影图中竖线的垂直线，在侧立板10上画出的结构模型空间范围边界的侧视投影图中横线的垂直线，在侧立板10上画出空间范围边界的位移限制线的垂直线。

正视投影图及位移限制线如图5所示，图中阴影部分为图1所示结构模型空间范围的正视投影图，粗实线为3条竖线、3条横线及对应的垂直线，最下面一条横实线为位移限制线及其在侧立板10对应的垂直线。

步骤3：先打开基准点前方的激光发射装置的激光标线器6，调节横梁5高度，通过万向支架7微调整激光标线器6的位置，利用两条直线确定一个面的原理，正面需要6个激光标线器6，其中3个激光标线器6发射出的激光面在正面立板11和侧立板10上形成的线分别与正面立板11上的3条横线及侧立板10上对应的3条垂直线重合，另外3个激光标线器6发射出来的激光面在正面立板11和水平板9上形成的线分别与正面立板11上的3条竖线及水平板9上对应的3条垂直线重合，关闭激光标线器6。再打开基准点左方的激光标线器6，使激光标线器6发射出的激光面在正面立板11、水平板9和侧立板10上形成的线分别与侧视投影图中竖线和其垂直线、侧视投影图中横线和其垂直线以及位移限制线和其垂直线重合，原理及步骤同上，在此不再赘述。

步骤4：将支撑部的中心与步骤1确定的结构模型安装的中心点重合，将待检测的结构模型的模型底板置于支撑平板1的中心上，安装待检测的结构模型，打开正视投影图或侧视投影图中横线及竖线对应的激光标线器6，若待检测的结构模型上未发现红色线条，则该结构模型的尺寸合格。

步骤5：在待检测的结构模型进行加载后，打开位移限制线对应的激光标线器6，若待检测的结构模型上未发现红色线条，则该结构模型的变形合格。

以上所述之实施例，只是本发明的较佳实施例而已，仅仅用以解释本发明，并非限制本发明实施范围，对于本技术领域的技术人员来说，当然可根据本说明书中所公开的技术内容，通过置换或改变的方式轻易做出其它的实施方式，故凡在本发明的原理及工艺条件所做的变化和改进等，均应包括于本发明申请专利范围内。

Claims (5)

1.一种结构模型尺寸及变形的非接触式检测装置，其特征在于，所述检测装置包括分别设置在两个支撑部上的激光发射装置和校核装置，所述支撑部包括支撑平板（1）、设置在支撑平板（1）下侧面的微调旋钮（2）及设置在支撑平板（1）上的水准泡（3）；所述激光发射装置包括立柱（4）、横梁（5）及激光标线器（6），所述立柱（4）的下端可拆卸连接在支撑平板（1）的一端，立柱（4）上纵向滑动连接有多个横梁（5），所述横梁（5）两侧通过万向支架（7）固定有多个激光标线器（6），所述可拆卸连接为在支撑平板（1）的上侧面设置圆柱形凸起，在立柱（4）下端开设与圆柱形凸起相匹配的第一凹槽，所述圆柱形凸起与第一凹槽之间为间隙配合；所述滑动连接为在立柱（4）的前侧面的上部设置第二凹槽，在横梁（5）的中部设置与第二凹槽相配合的方形凸起（12），所述第二凹槽的底侧面及方形凸起（12）的前侧面上布设有磁性相匹配的磁铁；所述校核装置包括校核板和固定在支撑平板（1）上的支撑架（8），所述校核板由水平板（9）、侧立板（10）及正面立板（11）组成，水平板（9）、侧立板（10）及正面立板（11）两两之间相互垂直，所述支撑架（8）由两块不等长且可转动连接的板组成，其中较短的板与地面垂直。

2.根据权利要求1所述的一种结构模型尺寸及变形的非接触式检测装置，其特征在于，所述为水平板（9）、侧立板（10）及正面立板（11）为磁性写字板。

3.根据权利要求1所述的一种结构模型尺寸及变形的非接触式检测装置，其特征在于，所述可转动连接为合页连接。

4.根据权利要求1所述的一种结构模型尺寸及变形的非接触式检测装置，其特征在于，所述水平板（9）与正面立板（11）的下侧面垂直，所述侧立板（10）与正面立板（11）的左侧面或右侧面垂直。

5.利用权利要求1~4任一项所述的一种结构模型尺寸及变形的非接触式检测装置的结构模型尺寸及变形的非接触式检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：在比赛场地内确定结构模型安装的中心点，以中心点为基准点，按照比赛检测要求确定权利要求1所述检测装置的安装位置，安装检测装置，调整检测装置中的激光发射装置和校核装置处于水平状态，所述激光发射装置和校核装置的中心点与结构模型安装的中心点在同一水平线上；

步骤2：以校核装置中校核板的中心点为基准点，在校核板的正面立板（11）上画出比赛要求的结构模型空间范围边界的正视投影图及位移限制线，或侧视投影图及位移限制线，同时在水平板（9）上画出正视投影图或侧视投影图中竖线的垂直线，在侧立板（10）上画出位移限制线及正视投影图或侧视投影图中横线的垂直线；

步骤3：打开激光发射装置的激光标线器（6），调节横梁（5）高度，使激光标线器（6）发射出的激光面在正面立板（11）、水平板（9）和侧立板（10）上形成的线分别与正视投影图或侧视投影图中竖线和其垂直线、正视投影图或侧视投影图中横线和其垂直线以及位移限制线和其垂直线重合，关闭激光标线器（6）；

步骤4：在步骤1确定的结构模型安装的中心点上安装待检测的结构模型，打开正视投影图或侧视投影图中横线及竖线对应的激光标线器（6），若待检测的结构模型上未发现红色线条，则该结构模型的尺寸合格；

步骤5：在待检测的结构模型进行加载后，打开位移限制线对应的激光标线器（6），若待检测的结构模型上未发现红色线条，则该结构模型的变形合格。

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