CN108645711B - 一种用于金属橡胶材料的微位移检测装置及其检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于金属橡胶材料的微位移检测装置，包括机架，所述机架上水平设置有加持上板与加持下板，所述加持上板顶部水平设置有力输入平板，所述加持上板上表面与力输入平板下表面之间圆周均布有若干个传力弹簧，所述传力弹簧的旁侧均设有用于指示传力弹簧压缩量的刻度标尺，所述加持上板在每个传力弹簧的安装位置上设有用于放置标准质量配重块的置物槽口，所述加持下板经底部的驱动机构驱动升降，所述加持下板上设有竖直导向机构，所述力输入平板上方设有力传感器。该用于金属橡胶材料的微位移检测装置的结构简单。

Description

一种用于金属橡胶材料的微位移检测装置及其检测方法

技术领域

本发明涉及一种用于金属橡胶材料的微位移检测装置及其检测方法，涉及金属橡胶材料的应力应变关系的测量领域。

背景技术

材料的力学性能是指材料在不同环境（温度、介质、湿度）下，承受各种外加载荷（拉伸、压缩、弯曲、扭转、冲击、交变应力等）时所表现出的力学特征，是材料的主要使用性能之一。应力应变曲线是描述材料的力学性能的重要图形。如今在对多孔材料特别是金属橡胶材料的应力应变曲线进行精密测量时，往往面临如下问题：测力的精度低，待测件存在的加工误差使得与加持面接触的上下表面不平行，加持面容易歪斜，这使得所测量的结果不能代表材料加持方向的平面区域内的所有点的实际结果，这导致无法准确评测加工件的质量水准，无法保证微位移的准确加载。

发明内容

鉴于现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种用于金属橡胶材料的微位移检测装置及其检测方法，不仅结构简单，而且便捷高效。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种用于金属橡胶材料的微位移检测装置，包括机架，所述机架上水平设置有加持上板与加持下板，所述加持上板顶部水平设置有力输入平板，所述加持上板上表面与力输入平板下表面之间圆周均布有若干个传力弹簧，所述传力弹簧的旁侧均设有用于指示传力弹簧压缩量的刻度标尺，所述加持上板在每个传力弹簧的安装位置上设有用于放置标准质量配重块的置物槽口，所述加持下板经底部的驱动机构驱动升降，所述加持下板上设有竖直导向机构，所述力输入平板上方设有力传感器。

优选的，所述机架包括三根固定立柱，三根固定立柱之间的连线为等边三角形，所述固定立柱的周部均固连有“T”字形的竖直滑轨，所述加持下板的边缘设有“T”字形的竖直滑槽，所述竖直滑轨均嵌入竖直滑槽进行滑动配合，所述竖直滑槽与竖直滑轨组成竖直导向机构。

优选的，所述驱动机构包括步进电机，所述加持下板的下表面固连有轴线竖直的螺纹套筒，所述螺纹套筒的内部设有内螺纹，所述步进电机的输出轴上设有外螺纹，所述步进电机的输出轴与螺纹套筒内部螺接。

优选的，所述加持上板与加持下板的中部均开设有尺寸相同且竖向重合的方形通槽，所述方形通槽的四周槽壁上均设有“T”字形的水平滑轨，水平滑轨均由两横向滑轨与两纵向滑轨组成，所述方形通槽上均设有用于接触待测件的中心板，所述中心板的内部均设有横向通槽与纵向通槽，所述横向通槽与纵向通槽均上下错位开设；所述横向通槽上均穿设有横向滑片，所述横向滑片的两端均对称设有“T”字形的纵向滑槽，所述纵向滑槽均与纵向滑轨滑动配合；所述纵向通槽上均穿设有纵向滑片，所述纵向滑片的两端均对称设有“T”字形的横向滑槽，所述横向滑槽均与横向滑轨滑动配合。

优选的，所述传力弹簧包括内设柱形腔的上套筒，所述上套筒底部设有柱形腔通口，所述柱形腔通口上同轴插设有伸缩筒，所述伸缩筒的顶部固设有位于柱形腔内的顶接端面，所述顶接端面的外径等于柱形腔内径，所述顶接端面与柱形腔内顶部之间设有压缩弹簧，所述加持上板上表面开设有用于伸缩筒插入的圆柱形凹槽；所述上套筒外径等于圆柱形凹槽内径，所述伸缩筒外径小于圆柱形凹槽内径，所述上套筒的外顶部与力输入平板下表面顶接，刻度标尺设于上套筒的外周部。

优选的，所述传力弹簧的数量为三个，所述加持上板上表面固设有三个上板凸块，所述圆柱形凹槽均位于上板凸块上。

优选的，所述置物槽口均位于对应传力弹簧的正下方，所述置物槽口的敞口朝向外侧部。

优选的，三根固定立柱的正上方固设有一水平的支撑板，三根固定立柱之间固设有位于加持上板下方的第一支撑架、位于力输入平板下方的第二支撑架，未加压时第一支撑架与加持上板下表面接触进行暂时支撑，未加压时第二支撑架上表面与力输入平板接触进行暂时支撑。

优选的，所述力输入平板经力放大机构连接有力输出平板，所述力放大机构包括水平的下力输入杆与上力输出杆；下力输入杆的两端对称铰接有等长且朝上的下竖直连杆，下竖直连杆的上端均铰接有等长的下水平连杆，两下水平连杆左右对称；上力输出杆的两端对称铰接有等长且朝下的上竖直连杆，上竖直连杆的下端均铰接有等长的上水平连杆，两上水平连杆左右对称；左侧的下水平连杆与上水平连杆之间分别与左中间竖直连杆两端铰接，右侧的下水平连杆与上水平连杆之间分别与右中间竖直连杆两端铰接；两下水平连杆的中前部均对称铰接在机架上，两上水平连杆的中后部均对称铰接在机架上；下力输入杆长度小于上力输出杆长度，下竖直连杆长度小于上竖直连杆长度，下水平连杆长度大于上水平连杆长度，左中间竖直连杆长度等于右中间竖直连杆长度；下力输入杆固连在力输入平板上，上力输出杆固连在力输出平板上，机架在力输入平板与力输出平板之间设有用于下水平连杆与上水平连杆铰接的支撑板，所述力传感器与力输出平板连接。

一种用于金属橡胶材料的微位移检测装置的检测方法，按以下步骤进行：（1）将待测件置于加持下板的中心板上；（2）步进电机旋转带动加持下板竖直上移，待测件加持于两中心板之间；（3）加持下板继续竖直上移，待测件被压缩加载，加载过程中加持上板经压缩传力弹簧带动力输入平板上移，经观察各个传力弹簧的压缩量，压缩量一致时加持上板竖直上移，不一致时通过增添标准质量配重块调节至一致，使加持上板始终保持竖直上移；（4）加载到一定高度后步进电机停止工作，测试过程中力输入平板传递的力经过力放大机构放大后，经过力输出平板以挤压方式传递给力传感器。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：该用于金属橡胶材料的微位移检测装置的结构简单，加持下板上移，待测件被压缩加载，加载过程中加持上板经压缩传力弹簧带动力输入平板上移，经观察各个传力弹簧的压缩量，压缩量一致时加持上板竖直上移，不一致时通过增添标准质量配重块调节至一致，使加持上板始终保持竖直上移，标准质量配重块可以调节加持上板的水平，消除金属橡胶待测件上下表面的不平行所带来的测量误差；通过设计置物槽口的位置及观测各个位置置物槽口内标准质量配重块的质量可以评估加工件（待测件）的质量水准。

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。

附图说明

图1为本发明实施例的构造示意图一。

图2为本发明实施例的构造示意图二。

图3为加持下板的结构示意图。

图4为加持上板的结构示意图一。

图5为加持上板的结构示意图二。

图6为加持上板的结构示意图三。

图7为传力弹簧的全剖示意图。

图8为应变片式传感器的使用状态示意图。

图9为力放大机构的构造示意图。

具体实施方式

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图，作详细说明如下。

如图1~9所示，一种用于金属橡胶材料的微位移检测装置，包括机架1，所述机架上水平设置有加持上板2与加持下板3，所述加持上板顶部水平设置有力输入平板4，所述加持上板上表面与力输入平板下表面之间圆周均布有若干个传力弹簧5，所述传力弹簧的旁侧均设有用于指示传力弹簧压缩量的刻度标尺6，所述加持上板在每个传力弹簧的安装位置上设有用于放置标准质量配重块的置物槽口7，所述加持下板经底部的驱动机构驱动升降，所述加持下板上设有竖直导向机构，所述力输入平板上方设有力传感器8，加持上板与加持下板用来加持待测件，力传感器为压力传感器。

在本发明实施例中，所述机架包括三根固定立柱9，三根固定立柱之间的连线为等边三角形，所述固定立柱的周部均固连有“T”字形的竖直滑轨10，所述加持下板的边缘设有“T”字形的竖直滑槽11，所述竖直滑轨均嵌入竖直滑槽进行滑动配合，所述竖直滑槽与竖直滑轨组成竖直导向机构，三个竖直滑槽三点定位，使得加持下板只能做上下水平运动，这进一步保证金属橡胶加工件测量过程中受加载力始终竖直向上，两中心板保持同步竖直水平运动，可以保证待测件在测量过程中不受转矩作用，提高了准确性。

在本发明实施例中，所述驱动机构包括步进电机12，所述加持下板的下表面固连有轴线竖直的螺纹套筒13，所述螺纹套筒的内部设有内螺纹，所述步进电机的输出轴上设有外螺纹，所述步进电机的输出轴与螺纹套筒内部螺接。

在本发明实施例中，所述加持上板与加持下板的中部均开设有尺寸相同且竖向重合的方形通槽14，所述方形通槽的四周槽壁上均设有“T”字形的水平滑轨，水平滑轨均由两横向滑轨15与两纵向滑轨16组成，所述方形通槽上均设有用于接触待测件的中心板17，所述中心板的内部均设有横向通槽与纵向通槽，所述横向通槽与纵向通槽均上下错位开设；所述横向通槽上均穿设有横向滑片18，所述横向滑片的两端均对称设有“T”字形的纵向滑槽19，所述纵向滑槽均与纵向滑轨滑动配合；所述纵向通槽上均穿设有纵向滑片20，所述纵向滑片的两端均对称设有“T”字形的横向滑槽21，所述横向滑槽均与横向滑轨滑动配合，通过设计中心板的平面尺寸可以测量不同尺寸的待测件，通过改变横向滑槽、纵向滑槽的长度可以限定中心板的平动范围，解决了传统加持机构往往限制了待测件形状尺寸的问题，也可以在不改变力传感器量程的情况下连续测量硬度相差较大待测件。

在本发明实施例中，所述传力弹簧包括内设柱形腔22的上套筒23，所述上套筒底部设有柱形腔通口，所述柱形腔通口上同轴插设有伸缩筒24，所述伸缩筒的顶部固设有位于柱形腔内的顶接端面25，所述顶接端面的外径等于柱形腔内径，所述顶接端面与柱形腔内顶部之间设有压缩弹簧26，所述加持上板上表面开设有用于伸缩筒插入的圆柱形凹槽27；所述上套筒外径等于圆柱形凹槽内径，所述伸缩筒外径小于圆柱形凹槽内径，所述上套筒的外顶部与力输入平板下表面顶接，刻度标尺设于上套筒的外周部；圆柱形凹槽的深度大于压缩弹簧完全挤压时传力弹簧的整体高度；测量过程中，传力弹簧最终将完全缩进圆柱形凹槽内，最终加持上板将同时接触力输入平板并传递力，传力弹簧的上套筒有刻度标尺，对加持上板进行平面标定。标准质量配重块可以消除金属橡胶待测件上下表面的不平行所带来的测量误差。

在本发明实施例中，所述传力弹簧的数量为三个，所述加持上板上表面固设有三个上板凸块28，所述圆柱形凹槽均位于上板凸块上。

在本发明实施例中，所述置物槽口均位于对应传力弹簧的正下方，所述置物槽口的敞口朝向外侧部。

在本发明实施例中，三根固定立柱的正上方固设有一水平的支撑板29，三根固定立柱之间固设有位于加持上板下方的第一支撑架30、位于力输入平板下方的第二支撑架31，未加压时第一支撑架与加持上板下表面接触进行暂时支撑，未加压时第二支撑架上表面与力输入平板接触进行暂时支撑。

在本发明实施例中，所述力输入平板经力放大机构连接有力输出平板32，所述力放大机构包括水平的下力输入杆33与上力输出杆34；下力输入杆的两端对称铰接有等长且朝上的下竖直连杆35，下竖直连杆的上端均铰接有等长的下水平连杆36，两下水平连杆左右对称；上力输出杆的两端对称铰接有等长且朝下的上竖直连杆37，上竖直连杆的下端均铰接有等长的上水平连杆38，两上水平连杆左右对称；左侧的下水平连杆与上水平连杆之间分别与左中间竖直连杆39两端铰接，右侧的下水平连杆与上水平连杆之间分别与右中间竖直连杆40两端铰接；两下水平连杆的中前部均对称铰接在机架上，两上水平连杆的中后部均对称铰接在机架上；下力输入杆长度小于上力输出杆长度，下竖直连杆长度小于上竖直连杆长度，下水平连杆长度大于上水平连杆长度，左中间竖直连杆长度等于右中间竖直连杆长度；下力输入杆固连在力输入平板上，上力输出杆固连在力输出平板上，机架在力输入平板与力输出平板之间设有用于下水平连杆与上水平连杆铰接的支撑板，所述力传感器与力输出平板连接；标准质量配重块配合传力弹簧可以保证加持上板输出给力放大机构的力无水平方向分量，力放大机构输出给力传感器的力无水平分量，力传感器不受转矩影响提高了准确性；力放大机构中利用二级杠杆放大原理，杠杆采用对称结构，可以消除传力过程中的水平方向分量。

在本发明实施例中，所述力放大机构的数量为三组，三组力放大机构圆周均布在力输入平板的周部，该力放大机构采用三组相同的二级杠杆并联的方式可以扩大承力范围，最下端接受力的力输入杆连接于一块力输入平板，其接收所需放大的力，最上端接收/>的力输出杆连接于力输出平板，该平板连接力传感器，输出放大后的力；当待测件被加载的实际力较微小，无法达到力传感器的显示精度时，为了提高显示精度，通过力放大机构对实际力（所需放大力）进行放大后显示在力传感器上，以提高显示的精度，并且可以通过改变携带标准质量配重块的质量来调节所需放大力（实际力）的范围，解决了传统力的测量范围往往固定不变，在连续测量硬度相差较大的弹塑性材料时，装置往往无法满足要求的问题。

在本发明实施例中，最终待测件对应变形所受到力为F=G1+G2+G3+G4+f1+f2，其中：G1为加持上板的重力；G2为力输入平板的重力；G3为加持上板的中心板、水平滑轨、滑片、滑槽重力；f1为所需放大的力；f2为传力弹簧重力；G4为所加载的标准质量配重块的重力，其中力放大机构的部分连杆也有压在待测件上的重力，但由于分析比较复杂，我们可以采用提前标定传感器不同显示值下的放大倍数的方法。标定的方法是对待测件不加载，直接采用已知的力f1加载在力放大机构的下力输入杆上，记录不同力f1下的力传感器显示值，力传感器显示值除以力f1即为相应的放大倍数。

加载测量过程中力传感器显示值除以标定的相应放大倍数即为所需放大的力f1，通过改变携带标准质量配重块的重力G4可调节待测件的受力的范围。

在本发明实施例中，用应变片式传感器41测量待测件42的变形，将其贴在待测件周部，改变其位置可以测量不同方向上待测件的应力应变关系。

一种用于金属橡胶材料的微位移检测装置的检测方法，按以下步骤进行：（1）将待测件置于加持下板的中心板上；（2）步进电机旋转带动加持下板竖直上移，待测件加持于两中心板之间；（3）加持下板继续竖直上移，待测件被压缩加载，加载过程中加持上板经压缩传力弹簧带动力输入平板上移，经观察各个传力弹簧的压缩量，压缩量一致时加持上板竖直上移，不一致时通过增添标准质量配重块调节至一致，使加持上板始终保持竖直上移；（4）加载到一定高度后步进电机停止工作，测试过程中力输入平板传递的力经过力放大机构放大后，经过力输出平板以挤压方式传递给力传感器。

本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可以得出其他各种形式的用于金属橡胶材料的微位移检测装置及其检测方法。凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (8)

1.一种用于金属橡胶材料的微位移检测装置，其特征在于：包括机架，所述机架上水平设置有加持上板与加持下板，所述加持上板顶部水平设置有力输入平板，所述加持上板上表面与力输入平板下表面之间圆周均布有若干个传力弹簧，所述传力弹簧的旁侧均设有用于指示传力弹簧压缩量的刻度标尺，所述加持上板在每个传力弹簧的安装位置上设有用于放置标准质量配重块的置物槽口，所述加持下板经底部的驱动机构驱动升降，所述加持下板上设有竖直导向机构，所述力输入平板上方设有力传感器；所述驱动机构包括步进电机，所述加持下板的下表面固连有轴线竖直的螺纹套筒，所述螺纹套筒的内部设有内螺纹，所述步进电机的输出轴上设有外螺纹，所述步进电机的输出轴与螺纹套筒内部螺接；所述置物槽口均位于对应传力弹簧的正下方，所述置物槽口的敞口朝向外侧部。

2.根据权利要求1所述的用于金属橡胶材料的微位移检测装置，其特征在于：所述机架包括三根固定立柱，三根固定立柱之间的连线为等边三角形，所述固定立柱的周部均固连有“T”字形的竖直滑轨，所述加持下板的边缘设有“T”字形的竖直滑槽，所述竖直滑轨均嵌入竖直滑槽进行滑动配合，所述竖直滑槽与竖直滑轨组成竖直导向机构。

3.根据权利要求2所述的用于金属橡胶材料的微位移检测装置，其特征在于：所述加持上板与加持下板的中部均开设有尺寸相同且竖向重合的方形通槽，所述方形通槽的四周槽壁上均设有“T”字形的水平滑轨，水平滑轨均由两横向滑轨与两纵向滑轨组成，所述方形通槽上均设有用于接触待测件的中心板，所述中心板的内部均设有横向通槽与纵向通槽，所述横向通槽与纵向通槽均上下错位开设；所述横向通槽上均穿设有横向滑片，所述横向滑片的两端均对称设有“T”字形的纵向滑槽，所述纵向滑槽均与纵向滑轨滑动配合；所述纵向通槽上均穿设有纵向滑片，所述纵向滑片的两端均对称设有“T”字形的横向滑槽，所述横向滑槽均与横向滑轨滑动配合。

4.根据权利要求3所述的用于金属橡胶材料的微位移检测装置，其特征在于：所述传力弹簧包括内设柱形腔的上套筒，所述上套筒底部设有柱形腔通口，所述柱形腔通口上同轴插设有伸缩筒，所述伸缩筒的顶部固设有位于柱形腔内的顶接端面，所述顶接端面的外径等于柱形腔内径，所述顶接端面与柱形腔内顶部之间设有压缩弹簧，所述加持上板上表面开设有用于伸缩筒插入的圆柱形凹槽；所述上套筒外径等于圆柱形凹槽内径，所述伸缩筒外径小于圆柱形凹槽内径，所述上套筒的外顶部与力输入平板下表面顶接，刻度标尺设于上套筒的外周部。

5.根据权利要求4所述的用于金属橡胶材料的微位移检测装置，其特征在于：所述传力弹簧的数量为三个，所述加持上板上表面固设有三个上板凸块，所述圆柱形凹槽均位于上板凸块上。

6.根据权利要求5所述的用于金属橡胶材料的微位移检测装置，其特征在于：三根固定立柱的正上方固设有一水平的支撑板，三根固定立柱之间固设有位于加持上板下方的第一支撑架、位于力输入平板下方的第二支撑架，未加压时第一支撑架与加持上板下表面接触进行暂时支撑，未加压时第二支撑架上表面与力输入平板接触进行暂时支撑。

7.根据权利要求6所述的用于金属橡胶材料的微位移检测装置，其特征在于：所述力输入平板经力放大机构连接有力输出平板，所述力放大机构包括水平的下力输入杆与上力输出杆；下力输入杆的两端对称铰接有等长且朝上的下竖直连杆，下竖直连杆的上端均铰接有等长的下水平连杆，两下水平连杆左右对称；上力输出杆的两端对称铰接有等长且朝下的上竖直连杆，上竖直连杆的下端均铰接有等长的上水平连杆，两上水平连杆左右对称；左侧的下水平连杆与上水平连杆之间分别与左中间竖直连杆两端铰接，右侧的下水平连杆与上水平连杆之间分别与右中间竖直连杆两端铰接；两下水平连杆的中前部均对称铰接在机架上，两上水平连杆的中后部均对称铰接在机架上；下力输入杆长度小于上力输出杆长度，下竖直连杆长度小于上竖直连杆长度，下水平连杆长度大于上水平连杆长度，左中间竖直连杆长度等于右中间竖直连杆长度；下力输入杆固连在力输入平板上，上力输出杆固连在力输出平板上，机架在力输入平板与力输出平板之间设有用于下水平连杆与上水平连杆铰接的支撑板，所述力传感器与力输出平板连接。

8.一种采用如权利要求7所述的用于金属橡胶材料的微位移检测装置的检测方法，其特征在于，按以下步骤进行：（1）将待测件置于加持下板的中心板上；（2）步进电机旋转带动加持下板竖直上移，待测件加持于两中心板之间；（3）加持下板继续竖直上移，待测件被压缩加载，加载过程中加持上板经压缩传力弹簧带动力输入平板上移，经观察各个传力弹簧的压缩量，压缩量一致时加持上板竖直上移，不一致时通过增添标准质量配重块调节至一致，使加持上板始终保持竖直上移；（4）加载到一定高度后步进电机停止工作，测试过程中力输入平板传递的力经过力放大机构放大后，经过力输出平板以挤压方式传递给力传感器。