CN112763339A - 一种弹性件载荷的在线测量方法及系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种弹性件载荷的在线测量方法和系统，装夹装置用于施加恒力G并将待测弹性件改变至第一预设长度，测量装置将已知弹性件压缩并使压力传感器感应测量装置与装夹装置之间的挤压力直至待测弹性件的长度改变至第二预设长度，获取此过程中多组测量装置移动的距离X与相应的压力传感器的受力值F；根据X和F拟合出F≠0时的两条线段方程，求出交点(X₀，F₀)；根据F₀和G求出待测弹性件的载荷P₀。采用此方法和系统，传感器不会长时间承受载荷，避免压力传感器出现零点漂移；通过直线拟合的方法，可减小偶然因素的影响，保证P₀的准确性；可对待测弹性件的实际弹性系数进行求解；利用已知弹性件使F变化相对平缓，便于数据记录。

Description

一种弹性件载荷的在线测量方法及系统

技术领域

本发明涉及测试技术领域，具体而言，涉及一种弹性件载荷的在线测量方法及系统。

背景技术

弹簧在长时间使用过程中，其不可避免会产生失效，失效形式主要有疲劳断裂和应力松弛。应力松弛是指材料在总应变恒定的条件下，应力随时间延长不断下降的现象，这种现象几乎存在于所有弹簧中。对于工作条件下的弹簧，应力松弛更是其主要失效形式之一。所以弹簧应力松弛实验是对弹簧可靠性研究中的一个重要内容。

现有技术中，对于弹簧的应力松弛性能的检测方法通常有如下两种：

第一种，将弹簧从试验夹具中拆卸下来，通过弹簧测力计等专用仪器测量弹簧在一定长度下的载荷，测量以后再装入试验夹具中。该方法需要多次拆卸和安装弹簧，耗时长，而且对于高温试验而言，在一定程度上引入温度循环，可能降低测量结果的可信度。

为了解决上述问题，提供了在线测量方法，即第二种检测方法，该方法通常是在实验夹具上直接安装应力传感器，让此传感器一直承受弹簧压缩或拉伸至一定长度时的载荷，这样可以实时获取载荷的值。但此方法存在一定缺陷，传感器需长时间一直承受载荷的作用，势必会引起传感器的零点漂移，从而降低测量的精度。

发明内容

针对现有技术的不足，本申请的目的在于提供一种弹性件载荷的在线测量方法及系统，其能够避免传感器产生零点漂移，对弹性件的载荷进行准确地在线测量，以及实现对弹性件弹性系数的求解。

为实现上述目的，本申请采用如下技术手段：第一方面，本申请提供一种弹性件载荷在线测量方法，适用于弹性件载荷在线测量系统，该测量系统包括装夹装置和测量装置。装夹装置用于施加恒力G并将待测弹性件拉伸或压缩至第一预设长度，待测弹性件被配置成受到外部拉力或压力的情况下能够减小其形变量。测量装置包括已知弹性件和设置于已知弹性件一侧的压力传感器，已知弹性件和压力传感器之间存在力的传递。

在线测量方法包括如下步骤：(1)、朝向待测弹性件的方向移动测量装置，将已知弹性件压缩并使压力传感器感应测量装置与装夹装置之间的挤压力，直至待测弹性件的长度改变至第二预设长度，在测量装置移动过程中，获取多组X与相应地压力传感器的受力值F；其中，X是指压力传感器移动的距离与已知弹性件的压缩长度之和。(2)、根据X和F拟合出F≠0时的两条交叉的线段方程，求出两条线段方程的交点(X₀，F₀)。(3)、根据F₀和G求出待测弹性件在第一预设长度时的载荷P₀。

装夹装置将待测弹性件拉伸或压缩至第一预设长度时，此时待测弹性件的弹力即为在线载荷P₀。移动测量装置，使已知弹性件压缩并使压力传感器感应测量装置与装夹装置之间的挤压力，在待测弹性件的长度仍为第一预设长度的过程中，压力传感器的受力值F即为已知弹性件的弹力，F与X成正比，即F是X的一次方程，其斜率为已知弹性件的弹性系数k₁，此阶段为F的第一阶段。

继续移动测量装置，测量装置持续挤压装夹装置并使待测弹性件的长度改变至第二预设长度，在此过程中，压力传感器的受力值F进一步增大，待测弹性件形变量随之减小，其弹力减小，F的增量与待测弹性件的弹力减小量相等。此过程中，可视为将待测弹性件和已知弹性件串联，此时F仍为X的一次方程，其斜率与已知弹性件弹性系数k₁和待测弹性件理论弹性系数k₂相关，为

此阶段为F的第二阶段。

由于

所以在将已知弹性件压缩并使待测弹性件的长度改变至第二预设长度的过程中，存在斜率分别为k₁和

的两段线段，根据记录的X和F，分别拟合出这两段线段的方程，求取两线段存在的交点(X₀，F₀)。

对待测弹性件在其长度为第一预设长度时进行受力分析，其在第一预设长度时的载荷P₀与G和F₀存在关系，根据F₀和G即可求取载荷P₀。

压力传感器不会长时间一直承受载荷的作用，避免压力传感器出现零点漂移，保证压力传感器稳定工作。通过直线拟合的方法，可减小偶然因素的影响，保证求取的载荷的准确性和可靠性。根据第二阶段拟合的方程的斜率，结合斜率公式

可对待测弹性件的实际弹性系数进行求解。利用已知弹性件将改变F的第一阶段延长的斜率，使第一阶段中F变化相对平缓，便于数据记录。

进一步的，测量装置设置于装夹装置的下方，装夹装置包括重量为G的施力部和底部开设有通孔的套筒，待测弹性件设置于套筒内，部分施力部也设置于套筒内并作用于待测弹性件，使待测弹性件被压缩至第一预设长度，部分施力部位于通孔外。套筒固定不可移动，施力部的重量G大于待测弹性件在第一预设长度时的理论载荷P。压力传感器设置于已知弹性件靠近待测弹性件的一侧。

在线测量方法包括：步骤(1)中，压力传感器接触通孔外的施力部，并继续压缩已知弹性件，使通孔外的施力部上升，直至所述待测弹性件的长度改变至所述第二预设长度。步骤(3)中，根据F₀和G得到P₀＝G-F₀。

施力部的重量G大于待测弹性件在第一预设长度时的理论载荷P，保证施力部能将待测弹性件至少压缩至第一预设长度，而设置于套筒内的部分施力部使得待测弹性件刚好压缩至第一预设长度。待测弹性件压缩至第一预设长度且不受外力的作用下，其与套筒底壁存在挤压，产生压力F’，此时F’＝F1。对套筒底壁进行受力分析，得到P₀＝G-F1。

在F的第一阶段中，压力传感器受力值F由零逐渐增大，而F’在此过程中持续减小，F的增大量等于F’的减小量，即F由零增大至F’减小为零时，F＝F1。在F’刚好为零时，待测弹性件处于将要改变其压缩长度的临界状态，即F即将变化为第二阶段，F继续增大，达到F的第二阶段。

当F＝F1时，此时F1等于两线段方程交点F₀，P₀＝G-F₀，求出(X₀，F₀)即可求得待测弹性件的载荷P₀。

进一步的，施力部包括重量为W的重物和重量为δ的限位组件，且重物的重量W大于待测弹性件在第一预设长度时的理论载荷P。限位组件包括轴径大于通孔的限位部和轴径小于通孔的伸出部，限位部长度设置为第一预设长度，伸出部位于通孔外。重物作用于限位部上端且压缩待测弹性件至限位部长度。

在线测量方法包括：步骤(1)中，压力传感器接触伸出部下端，并继续压缩已知弹性件，使伸出部上升，直至待测弹性件的长度改变至第二预设长度。步骤(3)中，根据F₀和G得到P₀＝W+δ-F₀。

施力部包括重物和限位组件，G＝W+δ，重物的重量W大于待测弹性件在第一预设长度时的理论载荷P，进一步保证施力部能将待测弹性件至少压缩至第一预设长度。将限位部长度设置为第一预设长度，重物从限位部上端压缩待测弹性件直至限位部长度后无法再继续压缩待测弹性件，使得待测弹性件被压缩至第一预设长度。伸出部位于通孔之外，压力传感器接触伸出部下端，并继续压缩已知弹性件使伸出部上升，直至待测弹性件的长度改变至第二预设长度，在此过程中，伸出部上升距离为第一预设长度与第二预设长度之差的绝对值，拟合两线段方程，求取交点(X₀，F₀)后得到P₀。

进一步的，在上述基础上，重物作用于伸出部下端压缩待测弹性件至限位部长度。压力传感器接触重物下端，并继续压缩已知弹性件，使伸出部上升，直至待测弹性件的长度改变至第二预设长度。

重物位于套筒外且设置于伸出部下端，压力传感器上端接触重物下端，并继续压缩已知弹性件，使伸出部上升，直至待测弹性件的长度改变至第二预设长度。

进一步的，测量装置设置于装夹装置的下方，装夹装置包括固定部、重量为G的施力部以及底部开设有通孔的套筒。施力部的重量G大于待测弹性件在第一预设长度时的理论载荷P。部分施力部设置于套筒内，且部分施力部位于套筒的通孔外。待测弹性件的两端分别连接于固定部和施力部的上端，使待测弹性件处于拉伸状态。压力传感器设置于已知弹性件靠近待测弹性件的一侧。

在线测量方法包括：在步骤(1)之前，调节套筒在竖直方向的位置，使待测弹性件拉伸后的长度为第一预设长度后，固定所述套筒。步骤(1)中，压力传感器接触套筒通孔外的施力部，并继续压缩已知弹性件，使伸出部上升，直至所述待测弹性件的长度改变至第二预设长度。步骤(3)中，根据F₀和G得到P₀＝G-F₀。

施力部的重量G大于待测弹性件在第一预设长度时的理论载荷P，保证施力部能将待测弹性件至少拉伸至第一预设长度。待测弹性件在施力部和套筒(可上移或下移，然后固定)的双重作用下，拉伸至第一预设长度。再结合交点(X₀，F₀)以及P₀＝G-F₀，求取载荷P₀。

进一步的，在上述基础上，施力部包括重量为W的重物和重量为δ的限位组件，重物的重量W大于待测弹性件在第一预设长度时的理论载荷P。限位组件包括轴径大于通孔的限位部和轴径小于通孔的伸出部，限位部设置于套筒内，伸出部位于通孔外。待测弹性件的两端分别连接于固定部和限位部的上端，且重物作用于伸出部下端，使待测弹性件处于拉伸状态。

在线测量方法包括：步骤(1)中，压力传感器接触所述重物下端，并继续压缩已知弹性件，使伸出部上升，直至所述待测弹性件的长度改变至所述第二预设长度。步骤(3)中，根据F₀和G得到P₀＝W+δ-F₀。

施力部包括重物和限位组件，G＝W+δ，重物的重量W大于待测弹性件在第一预设长度时的理论载荷P，进一步保证施力部能将待测弹性件至少拉伸至第一预设长度。待测弹性件在施力部和套筒(可上移或下移，然后固定)的双重作用下，拉伸至第一预设长度。重物位于套筒外且设置于伸出部下端，压力传感器接触重物下端，并压缩已知弹性件，使伸出部上升，直至待测弹性件长度改变至第二预设长度。再结合交点(X₀，F₀)以及P₀＝W+δ-F₀，求取载荷P₀。

进一步的，测量装置还包括支座和导向件，导向件的第一端的上表面固定有压力传感器，已知弹性件套设于导向件外并与导向件的第一端抵靠，且支座滑动套设于导向件的第二端外并与已知弹性件的远离导向件的第一端的位置抵靠。

在线测量方法包括：步骤(1)中，支座朝向待测弹性件的方向移动，将已知弹性件压缩；X指所述支座移动的距离。

X的最大值L为：

其中P_min为待测弹性件在压缩或拉伸至第一预设长度时的理论最小载荷，l为第一预设长度与第二预设长度之差的绝对值，k₂为待测弹性件的理论弹性系数，k₁为已知弹性件的弹性系数，Δ为装夹装置底部与测量装置上端之间的距离，G为恒力。

支座朝向待测弹性件的方向移动，X即为支座移动的距离，X更加直观、便于记录。导向件保证已知弹性件仅产生竖直方向上的压缩，不产生左右方向上的偏移。

利用以上公式确定L，可控制支座上升的距离，确定X的范围，在保证出现(X₀，F₀)的同时尽量缩短压力传感器与施力部产生挤压的时间，进一步避免压力传感器出现零点漂移，保证压力传感器稳定工作。

第二方面，本申请还提供一种弹性件载荷的在线测量系统，该测量系统包括装夹装置和测量装置。装夹装置用于施加恒力G并将待测弹性件拉伸或压缩至第一预设长度，待测弹性件被配置成受到外部拉力或压力的情况下能够减小其形变量。测量装置包括已知弹性件和设置于已知弹性件一侧的压力传感器，已知弹性件和压力传感器之间存在力的传递。

测量装置被配置成朝向装夹装置移动时，测量装置接触装夹装置，并且使已知弹性件被压缩以及待测弹性件的形变量减小。

装夹装置将待测弹性件拉伸或压缩至第一预设长度。已知弹性件压缩并使测量装置挤压装夹装置至待测弹性件形变量减小的过程中，压力传感器的受力值F会出现第一阶段和第二阶段，存在交点(X₀，F₀)。

进一步的，测量装置设置于装夹装置的下方，装夹装置包括重量为G的施力部和底部开设有通孔的套筒，待测弹性件设置于套筒内，部分施力部设置于套筒内并作用于待测弹性件使待测弹性件被压缩至第一预设长度，且部分施力部位于通孔外用于接触所述压力传感器；套筒固定不可移动；施力部的重量G大于待测弹性件在第一预设长度时的理论载荷P。压力传感器设置于已知弹性件靠近待测弹性件的一侧。

测量装置朝向装夹装置移动时，压力传感器接触装夹装置，并且使已知弹性件被压缩以及待测弹性件的形变量减小。施力部的重量G大于待测弹性件在第一预设长度时的理论载荷P，保证施力部能将待测弹性件至少压缩至第一预设长度。而设置于套筒内的部分施力部使得待测弹性件刚好压缩至第一预设长度。

进一步的，测量装置还包括支座和导向件，导向件的第一端的上表面固定有压力传感器，已知弹性件套设于导向件外并与导向件的第一端抵靠，且支座滑动套设于导向件的第二端外并与已知弹性件的远离导向件的第一端的位置抵靠。

支座朝向待测弹性件的方向移动，压力传感器接触装夹装置，并且使已知弹性件被压缩以及待测弹性件的变形量减小。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本申请实施例1中弹性件载荷的在线测量系统的结构示意图；

图2为本申请实施例1中装夹装置的结构示意图；

图3为本申请实施例1中弹性件载荷的在线测量方法记录的F-X线段；

图4为本申请实施例2中弹性件载荷的在线测量系统的结构示意图；

图5为本申请实施例2中装夹装置的结构示意图；

图6为本申请实施例2中弹性件载荷的在线测量方法记录的F-X线段；

图7为本申请实施例3中弹性件载荷的在线测量系统的结构示意图；

图8为本申请实施例3中装夹装置的结构示意图；

图9为本申请实施例3中弹性件载荷的在线测量方法记录的F-X线段。

图标：110-待测弹性件；120-装夹装置；121-施力部；122-套筒；123-重物；124-限位组件；125-限位部；126-伸出部；130-测量装置；131-已知弹性件；132-压力传感器；133-导向件；134-支座。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本申请做进一步描述：

实施例1：

图1为本申请实施例1中弹性件载荷的在线测量系统的结构示意图。请参阅图1，本实施例提供一种弹性件载荷的在线测量系统，该测量系统包括装夹装置120和设置于装夹装置120下方的测量装置130。

装夹装置120包括重量为G的施力部121和底部开设有通孔的套筒122，待测弹性件110设置于套筒122内，待测弹性件110被配置成受到外部拉力或压力的情况下能够减小其形变量。部分施力部121设置于套筒122内并向待测弹性件110施加恒力G将待测弹性件110压缩至第一预设长度，部分施力部121位于通孔外。

测量装置130包括已知弹性件131、设置于已知弹性件131靠近待测弹性件110一侧的压力传感器132、导向件133和支座134，导向件133的第一端的上表面固定有压力传感器132，已知弹性件131套设于导向件133外并与导向件133的第一端抵靠，已知弹性件131和压力传感器132之间存在力的传递，支座134滑动套设于导向件133的第二端外并与已知弹性件131的远离导向件133第一端的位置抵靠。

在其他实施例中，压力传感器132还可设置于已知弹性件131靠近支座134的一侧。

图2为本申请实施例1中装夹装置120的结构示意图。请参阅图1和图2，施力部121包括重量为W的重物123和重量为δ的限位组件124，限位组件124包括轴径大于套筒122通孔的限位部125和轴径小于套筒122通孔的伸出部126。限位部125和重物123设置于套筒122内，且限位部125长度设置为第一预设长度，伸出部126位于通孔外。

重物123的重量W大于待测弹性件110在第一预设长度时的理论载荷P。套筒122固定不可移动。待测弹性件110装夹于限位部125上端与套筒122底壁之间，伸出部126上端与限位部125下端连接，重物123作用于限位部125上端，使伸出部126伸出通孔，并使待测弹性件110被压缩至限位部125长度，也就是第一预设长度，则装夹装置120将待测弹性件110压缩至第一预设长度。

待测弹性件110理论弹性系数为5N/mm，其压缩至第一预设长度28mm时的理论载荷P为70±15N。限位组件124重量为3.5N，限位部125长度设置为28mm，重物123重量为112.1N，大于理论载荷P，已知弹性件131弹性系数为8.3N/mm。

将待测弹性件110压缩至第一预设长度28mm，压力传感器132上端与伸出部126下端的距离为1mm，为缩短压力传感器132上端与伸出部126下端接触挤压的时间，设定第二预设长度为29mm。

使用实施例1中弹性件载荷的在线测量系统结合弹性件载荷的在线测量方法对待测弹性件110在第一预设长度时的载荷进行在线测量。

请继续参阅图1和图2，在线测量方法包括如下步骤：

在使支座134上升前，根据第二预设长度先确定支座134上升的最大距离L，即确定X的移动范围：

其中P_min为待测弹性件110在压缩或拉伸至第一预设长度时的理论最小载荷，l为第一预设长度与第二预设长度之差的绝对值，即1mm，k₂为待测弹性件110的理论弹性系数，k₁为已知弹性件131的弹性系数，Δ为装夹120底部与测量装置130上端之间的距离，即伸出部126下端与压力传感器132上端之间的距离，G为恒力，即重物123与限位组件124的重量之和。

(1)、朝向待测弹性件110的方向移动测量装置130的支座134，将已知弹性件131压缩并使压力传感器132挤压装夹装置120的伸出部126下端，伸出部126上升直至待测弹性件110的长度改变至第二预设长度29mm，在测量装置130移动过程中，获取多组X与相应地压力传感器132的受力值F；X是指压力传感器132移动的距离与已知弹性件131的压缩长度之和，即支座134移动的距离。

支座134上升10mm的过程中，压力传感器132首先向上移动1mm后其上端接触伸出部126下端，并压缩已知弹性件131，伸出部126最终上升1mm使待测弹性件110的长度改变到29mm，记录在此移动过程中多组支座134的移动距离X与相应地压力传感器132的受力值F。

(2)、根据记录的X和F拟合出F≠0时的两条交叉的线段方程，求出两条线段方程的交点(X₀，F₀)。

图3为本申请实施例1中弹性件载荷的在线测量方法记录的F-X线段。请参阅图3，拟合出第一阶段的方程为：

F＝8.296X-8.31

第二阶段的方程为：

F＝3.135X+28.966

求出这两个方程的交点(X₀，F₀)为(7.2，51.6)，则F₀＝51.6N。

请继续参阅图1至图3，

(3)、根据F₀和G求出待测弹性件110在第一预设长度时的载荷：

P₀＝W+δ-F₀＝112.1+3.5-51.6＝64N，

求得载荷P₀后，其与理论载荷P＝70±15N，进行比对：55＜64＜85，载荷P₀处于理论载荷P范围内，则待测弹性件110还可正常使用无需进行更换。

实施例2：

图4为本申请实施例2中弹性件载荷的在线测量系统的结构示意图，图5为本申请实施例2中装夹装置120的结构示意图。请参阅图4和图5，本实施例的测量装置130实施例1中相同，此处不再进行赘述。

本实施例与实施例1的不同在于：施力部121包括重量为W的重物123和重量为δ限位组件124，限位组件124包括轴径大于套筒122通孔的限位部125和轴径小于套筒122通孔的伸出部126。限位部125设置于套筒122内，且限位部125长度设置为第一预设长度；伸出部126和重物123位于通孔外。重物123作用于伸出部126下端压缩待测弹性件110。

重物123的重量W大于待测弹性件110在第一预设长度时的理论载荷P，将待测弹性件110压缩至限位部125的长度。

待测弹性件110装夹于限位部125上端与套筒122底壁之间，伸出部126上端与限位部125下端连接，重物123作用于伸出部126的下端，且重物123上端与伸出部126下端连接，使伸出部126和重物123处于通孔外，且待测弹性件110被压缩至限位部125长度，也就是第一预设长度，则装夹装置120将待测弹性件110压缩至第一预设长度。

待测弹性件110理论弹性系数为5N/mm，其压缩至第一预设长度28mm时的理论载荷P为70±15N。限位组件124重量为3.5N，限位部125长度设置为28mm，重物123重量为120.7N，大于理论载荷P，已知弹性件131弹性系数为9.5N/mm，压力传感器132上端与重物123下端的距离为2mm。

套筒122固定不可移动，为缩短压力传感器132与伸出部126下端接触挤压的时间，设定第二预设长度为29mm。

使用与实施例1相同的关于L的公式，则支座134上升的最大距离L：

使用实施例2中弹性件载荷的在线测量系统结合弹性件载荷的在线测量方法对待测弹性件110在第一预设长度时的载荷进行在线测量。

请继续参阅图4和图5，

(1)、支座134朝向待测弹性件110的方向移动11mm的过程中，压力传感器132首先向上移动2mm后接触重物123下端，并压缩已知弹性件131，伸出部126最终上升1mm后，待测弹性件110长度改变为第二预设长度29mm，在测量装置130移动过程中，获取多组支座134的移动距离X与相应地压力传感器132的受力值F。

(2)、根据记录的X和F拟合出F≠0时的两条交叉的线段方程，求出两条线段方程的交点(X₀，F₀)。

图6为本申请实施例2中弹性件载荷的在线测量方法记录的F-X线段。请参阅图6，拟合出第一阶段的方程为：

F＝9.355X-17.962

第二阶段的方程为：

F＝6.159X+4.988

求出这两个方程的交点(X₀，F₀)为(7.2，49.2)，则F₀＝49.2N。

请继续参阅图4至图6，

(3)、根据F₀和G求出待测弹性件110在第一预设长度时的载荷：

P₀＝W+δ-F₀＝120.7+3.3-49.2＝74.8N，

得到载荷P₀后，其与理论载荷P＝70±15N，进行比对，55＜74.8＜85，载荷P₀处于理论载荷P范围内，则待测弹性件110还可正常使用无需进行更换。

实施例3：

图7为本申请实施例3中弹性件载荷的在线测量系统的结构示意图，图8为本申请实施例3中装夹装置120的结构示意图。请参阅图7和图8，本实施例的测量装置130实施例1中相同，此处不再进行赘述。

本实施例与实施例1的不同在于：装夹装置120包括固定部127、重量为G的施力部121以及底部开设有通孔的套筒122，待测弹性件110被配置成受到外部拉力或压力的情况下能够减小其形变量。

施力部121包括重量为W的重物123和重量为δ的限位组件124，限位组件124由轴径大于通孔的限位部125和轴径小于通孔的伸出部126构成，伸出部126位于通孔外，限位部125设于套筒122内。重物123的重量W大于待测弹性件110在第一预设长度时的理论载荷P。

待测弹性件110连接限位部125与固定部127，伸出部126上端与限位部125下端连接，重物123作用于伸出部126的下端，并且重物123上端与伸出部126下端连接，伸出部126和重物123处于通孔外，使待测弹性件110处于拉伸状态。

在其他实施例中，重物123也可作用于限位部125上端使待测弹性件110处于拉伸状态。

待测弹性件110理论弹性系数为6N/mm，其压缩至第一预设长度70mm时的理论载荷P为80±16N。限位组件124重量为7.8N，重物123重量为145N，大于理论载荷P，已知弹性件131弹性系数为11.9N/mm。

在进行在线测量方法中的步骤(1)之前，调节套筒122在竖直方向的位置，使待测弹性件110拉伸后的长度为第一预设长度70mm。

压力传感器132设置于已知弹性件131靠近待测弹性件110的一侧。

压力传感器132上端与重物123下端的距离为2mm，为缩短压力传感器132与伸出部126下端接触挤压的时间，设定第二预设长度为69mm。

使用实施例3中弹性件载荷的在线测量系统结合弹性件载荷的在线测量方法对待测弹性件110在第一预设长度时的载荷进行在线测量。

请继续参阅图7和图8，在线测量方法包括如下步骤：

在使支座134上升前，使用与实施例1相同的L公式，根据第二预设长度先确定支座134上升的最大距离L：

(1)、支座134朝向待测弹性件110的方向移动11mm的过程中，压力传感器132首先向上移动2mm后其上端接触重物123下端，并压缩已知弹性件131，伸出部126最终上升1mm后待测弹性件110长度改变为69mm，记录在此移动过程中多组支座134的移动距离X与相应地压力传感器132的受力值F。

(2)、根据记录的X和F拟合出F≠0时的两条交叉的线段方程，求出两条线段方程的交点(X₀，F₀)。

图9为本申请实施例3中弹性件载荷的在线测量方法记录的F-X线段。请参阅图9，拟合出第一阶段的方程为：

F＝12.1X-24.321

第二阶段的方程为：

F＝3.982X+37.766

求出这两个方程的交点(X₀，F₀)为(7.6，68.2)，则F₀＝68.2N。

请继续参阅图7至图9，

(3)、根据F₀和G求出待测弹性件110在第一预设长度时的载荷：

P₀＝W+δ-F₀＝145+7.8-51.59＝84.6N，

得到载荷P₀后，其与理论载荷P＝80±16N，进行比对，64＜84.6＜96，载荷P₀处于理论载荷P范围内，则待测弹性件110还可正常使用无需进行更换。

本申请实施例中上述技术方案中的一个技术方案和/或多个技术方案的组合具有如下有益效果：

1、压力传感器132不会长时间承受载荷，避免压力传感器132出现零点漂移，保证压力传感器132稳定工作；

2、通过直线拟合的方法，可消除偶然因素的影响，保证求取的载荷的准确性和可靠性；

3、根据第二阶段拟合的方程的斜率，结合斜率公式

可对待测弹性件110的实际弹性系数进行求解；

4、利用已知弹性件131改变F的第一阶段斜率，使第一阶段中F变化相对平缓，便于数据记录；

5、支座134朝向待测弹性件110的方向移动，将已知弹性件131压缩，X即为支座134移动的距离，使X更加直观、便于记录；

6、导向件133保证已知弹性件131仅产生竖直方向上的压缩，不产生左右方向上的偏移；

7、利用公式确定L，可控制支座134上升的距离，确定X的范围，在保证出现(X₀，F₀)的同时尽量缩短压力传感器132与施力部121产生挤压的时间，进一步避免压力传感器132出现零点漂移，保证压力传感器132稳定工作；

8、使用上述方法求得的载荷P₀与待测弹性件110理论载荷P比对，可进行待测弹性件110使用状态评估，及时判断待测弹性件110是否到达更换时间。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种弹性件载荷的在线测量方法，其特征在于，适用于弹性件载荷的在线测量系统，所述在线测量系统包括装夹装置和测量装置，所述装夹装置用于施加恒力G并将待测弹性件拉伸或压缩至第一预设长度，所述待测弹性件被配置成受到外部拉力或压力的情况下能够减小其形变量；所述测量装置包括已知弹性件和设置于已知弹性件一侧的压力传感器，所述已知弹性件和所述压力传感器之间存在力的传递；

所述在线测量方法包括如下步骤：

(1)、朝向所述待测弹性件的方向移动所述测量装置，将所述已知弹性件压缩并使所述压力传感器感应所述测量装置与所述装夹装置之间的挤压力，直至所述待测弹性件的长度改变至第二预设长度，在所述测量装置移动过程中，获取多组X与相应的所述压力传感器的受力值F；其中，X是指所述压力传感器移动的距离与所述已知弹性件的压缩长度之和；

(2)、根据所述X和所述F拟合出F≠0时的两条交叉的线段方程，求出两条所述线段方程的交点(X₀，F₀)；

(3)、根据F₀和G求出所述待测弹性件在所述第一预设长度时的载荷p₀。

2.根据权利要求1所述的弹性件载荷的在线测量方法，其特征在于，所述测量装置设置于所述装夹装置的下方，所述装夹装置包括重量为G的施力部和底部开设有通孔的套筒，所述待测弹性件设置于所述套筒内，部分所述施力部设置于所述套筒内并作用于所述待测弹性件，使所述待测弹性件被压缩至所述第一预设长度，且部分所述施力部位于所述通孔外；所述套筒固定不可移动；所述施力部的重量G大于所述待测弹性件在所述第一预设长度时的理论载荷P；所述压力传感器设置于所述已知弹性件靠近所述待测弹性件的一侧；

所述在线测量方法包括：

所述步骤(1)中，所述压力传感器接触所述通孔外的所述施力部，并继续压缩所述已知弹性件，使通孔外的所述施力部上升直至所述待测弹性件的长度改变至所述第二预设长度；

所述步骤(3)中，根据F₀和G得到P₀＝G-F₀。

3.根据权利要求2所述的弹性件载荷的在线测量方法，其特征在于，所述施力部包括重量为W的重物和重量为δ的限位组件，所述重物的重量W大于所述待测弹性件在所述第一预设长度时的理论载荷P；

所述限位组件包括轴径大于所述通孔的限位部和轴径小于所述通孔的伸出部，所述限位部长度设置为所述第一预设长度，所述伸出部位于所述通孔外；

所述重物作用于所述限位部上端且压缩所述待测弹性件至所述限位部长度；

所述在线测量方法包括：

所述步骤(1)中，所述压力传感器接触所述伸出部下端，并继续压缩所述已知弹性件，使所述伸出部上升直至所述待测弹性件的长度改变至所述第二预设长度；

所述步骤(3)中，根据F₀和G得到P₀＝W+δ-F₀。

4.根据权利要求2所述的弹性件载荷的在线测量方法，其特征在于，所述施力部包括重量为W的重物和重量为δ的限位组件，所述重物的重量W大于所述待测弹性件在所述第一预设长度时的理论载荷P；

所述限位组件包括轴径大于所述通孔的限位部和轴径小于所述通孔的伸出部，所述限位部长度设置为所述第一预设长度，所述伸出部位于所述通孔外；

所述重物作用于所述伸出部下端压缩所述待测弹性件至所述限位部长度；

所述在线测量方法包括：

所述步骤(1)中，所述压力传感器接触所述重物下端，并继续压缩所述已知弹性件，使所述伸出部上升直至所述待测弹性件的长度改变至所述第二预设长度；

所述步骤(3)中，根据F₀和G求出P₀＝W+δ-F₀。

5.根据权利要求1所述的弹性件载荷的在线测量方法，其特征在于，所述测量装置设置于所述装夹装置的下方，所述装夹装置包括固定部、重量为G的施力部以及底部开设有通孔的套筒，所述施力部的重量G大于所述待测弹性件在所述第一预设长度时的理论载荷P；

部分所述施力部设置于所述套筒内，且部分所述施力部位于所述通孔外；所述待测弹性件的两端分别连接于所述固定部和所述施力部的上端，使所述待测弹性件处于拉伸状态；所述压力传感器设置于所述已知弹性件靠近所述待测弹性件的一侧；

所述在线测量方法包括：

所述步骤(1)之前，调节所述套筒在竖直方向的位置，使所述待测弹性件拉伸后的长度为所述第一预设长度后，固定所述套筒；

所述步骤(1)中，所述压力传感器接触所述通孔外的所述施力部，并继续压缩所述已知弹性件，使通孔外的所述施力部上升直至所述待测弹性件的长度改变至所述第二预设长度；

所述步骤(3)中，根据F₀和G得到P₀＝G-F₀。

6.根据权利要求5所述的弹性件载荷的在线测量方法，其特征在于，所述施力部包括重量为W的重物和重量为δ的限位组件，所述重物的重量W大于所述待测弹性件在所述第一预设长度时的理论载荷P；

所述限位组件包括轴径大于所述通孔的限位部和轴径小于所述通孔的伸出部，所述限位部设置于所述套筒内，所述伸出部位于所述通孔外；

所述待测弹性件的两端分别连接于所述固定部和所述限位部的上端，且所述重物作用于所述伸出部下端，使所述待测弹性件处于拉伸状态；

所述在线测量方法包括：

所述步骤(1)中，所述压力传感器接触所述重物下端，并继续压缩所述已知弹性件，使所述伸出部上升直至所述待测弹性件的长度改变至所述第二预设长度；

所述步骤(3)中，根据F₀和G得到P₀＝W+δ-F₀。

7.根据权利要求1-6任一项所述的弹性件载荷的在线测量方法，其特征在于，所述测量装置还包括支座和导向件，所述导向件的第一端的上表面固定有所述压力传感器，所述已知弹性件套设于所述导向件外并与所述导向件的第一端抵靠，且所述支座滑动套设于所述导向件的第二端外并与所述已知弹性件的远离所述导向件的第一端的位置抵靠；

所述在线测量方法包括：

所述步骤(1)中，所述支座朝向所述待测弹性件的方向移动，将所述已知弹性件压缩；所述支座移动的距离为所述压力传感器移动的距离与所述已知弹性件的压缩长度之和；

所述X的最大值L为：

其中P_min为所述待测弹性件在压缩或拉伸至所述第一预设长度时的理论最小载荷，l为所述第一预设长度与所述第二预设长度之差的绝对值，k₂为所述待测弹性件的理论弹性系数，k₁为所述已知弹性件的弹性系数，Δ为所述装夹装置底部与所述测量装置上端之间的距离，G为所述恒力。

8.一种弹性件载荷的在线测量系统，其特征在于，包括装夹装置和测量装置，所述装夹装置用于施加恒力G并将待测弹性件拉伸或压缩至第一预设长度，所述待测弹性件被配置成受到外部拉力或压力的情况下能够减小其形变量；所述测量装置包括已知弹性件和设置于已知弹性件一侧的压力传感器；所述已知弹性件和所述压力传感器之间存在力的传递；

所述测量装置被配置成朝向所述装夹装置移动时，所述测量装置接触所述装夹装置，并且使所述已知弹性件被压缩以及所述待测弹性件的形变量减小。

9.根据权利要求8所述的弹性件载荷的在线测量系统，其特征在于，所述测量装置设置于所述装夹装置的下方，所述装夹装置包括重量为G的施力部和底部开设有通孔的套筒，所述待测弹性件设置于所述套筒内，部分所述施力部设置于所述套筒内并作用于所述待测弹性件使所述待测弹性件被压缩至所述第一预设长度，且部分所述施力部位于所述通孔外用于接触所述压力传感器；所述套筒固定不可移动；所述施力部的重量G大于所述待测弹性件在所述第一预设长度时的理论载荷P；所述压力传感器设置于所述已知弹性件靠近所述待测弹性件的一侧；

所述测量装置朝向所述装夹装置移动时，所述压力传感器接触所述装夹装置，并且使所述已知弹性件被压缩以及所述待测弹性件的形变量减小。

10.根据权利要求8所述的弹性件载荷的在线测量系统，其特征在于，所述测量装置还包括支座和导向件，所述导向件的第一端的上表面固定有所述压力传感器，所述已知弹性件套设于所述导向件外并与所述导向件的第一端抵靠，且所述支座滑动套设于所述导向件的第二端外并与所述已知弹性件的远离所述导向件的第一端的位置抵靠；

所述支座朝向所述待测弹性件的方向移动，所述压力传感器接触所述装夹装置，并且使所述已知弹性件被压缩以及所述待测弹性件的形变量减小。

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