CN116046594B - 一种非接触式的材料试验机位移速率校准方法 - Google Patents
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Abstract
一种非接触式的材料试验机位移速率校准方法，包括：材料试验机的横梁带动遮光板第一次先后经过固定光电传感器和可移动光电传感器，系统记录下第一次时间间隔△t1和可移动光电传感器当前距离S1；使可移动光电传感器移动一定的距离后，横梁以同样的速度带动遮光板第二次先后经过固定光电传感器与可移动光电传感器，系统记录下第二次时间间隔△t2和可移动光电传感器当前距离S2；系统按照公式|S2‑S1|÷|△t2‑△t1|即可准确计算出横梁的位移速率。本发明的材料试验机位移速率校准方法，保证测量结果的准确度，从而提高对金属或非金属材料力学性能测试结果的准确性。
Description
技术领域
本发明属于材料试验机位移速率的检测技术领域，具体是指一种非接触式的材料试验机位移速率校准方法。
背景技术
材料试验机，是在各种条件、环境下测定金属材料、非金属材料、机械零件、工程结构等的机械性能、工艺性能、内部缺陷和校验旋转零部件动态不平衡量的精密测试仪器。在研究探索新材料、新工艺、新技术和新结构的过程中，材料试验机是一种不可缺少的重要检测仪器，主要用于金属及非金属（含复合材料）的拉伸、压缩、弯曲、剪切、撕裂等力学性能的测试。各种国家建材类标准均在试验测试过程对材料试验机的位移速率提出相应的要求，在进行拉伸试验时，位移速率的准确与否直接影响被测样品的断后伸长率或拉伸强度；在进行压缩试验时，位移速率的准确与否直接影响被测样品的抗压强度。因此提供高准确度的位移速率, 有利于提高对金属或非金属材料力学性能测试结果的准确性。
现有材料试验机的位移速率校准装置一般有手动与自动两种模式。手动模式的位移速率校准装置：通常由百分表或千分表、钢直尺、秒表等计量器具组成，在短行程范围内测量，通过磁力表座将百分表或千分表固定在材料试验机的移动横梁上并与试验平台接触，当横梁移动时人工按下秒表开始计时，行走一定距离后停止计时，根据百分表或千分表记录移动横梁行走的距离与秒表记录相应行程的时间，从而计算出移动横梁的位移速率；在长行程范围内测量，分别对横梁移动前、后的位置做好标记，通过使用钢直尺测量两标记间的距离并用秒表测得横梁行走相应距离所用的时间，计算二者的商即为移动横梁的位移速率。自动模式的位移速率校准装置：通常有两类校准装置，一类是以中国实用新型专利CN203287001U为代表的校准装置，主要由拉线式位移传感器、与试验机上、下夹头连接的装置和显示仪表组成，测量时将拉线式位移传感器的两端固定于试验机上、下夹头上，传感器与显示仪表相连，移动横梁时可通过拉线式位移传感器测得横梁移动的距离以及仪表内部同步计时，实时计算显示横梁的位移速率 ；另一类是蒋华作者发表于《吉林水利期刊》2001第1期的“用光电测量装置提高试验机测量速度与精度研究”所提到的校准装置，该装置由光电传感器、信号发生器和数显仪表组成，测量时将感光板固定在材料试验机的移动横梁上，当感光板经过光电传感器时系统记录信号发生器输出的脉冲数，结合感光板中反光面的固定距离计算出移动横梁的位移速率。
手动模式的位移速率校准装置，不管长短行程范围内均需要人为干预，且长行程范围内还是通过做标记方式记录移动的距离，计算得出位移速率显然有较大误差。自动模式的位移速率校准装置，以CN203287001U为代表的校准装置，主要存在的问题是现场安装困难，测量效率低，且不易保证拉线式位移传感器两端同轴，一旦有所偏离，移动距离越长对位移速率的测量结果影响越大；另一类的校准装置（《吉林水利期刊》2001第1期的“用光电测量装置提高试验机测量速度与精度研究”所提到的校准装置），主要存在的问题是采用信号发生器来控制脉冲数的输出，由于信号发生器自身的准确度较低，从而导致测得位移速率的准确度只能在1%以内，无法满足0.5级材料试验机对位移速率的要求，无法提高测量结果的准确性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种非接触式的材料试验机位移速率校准方法，保证测量结果的准确度，从而提高对金属或非金属材料力学性能测试结果的准确性。
本发明是这样实现的：
一种非接触式的材料试验机位移速率校准方法，包括如下步骤：
步骤一:材料试验机的横梁带动遮光板第一次先后经过固定光电传感器和可移动光电传感器，系统记录下第一次时间间隔△t1和可移动光电传感器当前距离S1；
步骤二:使可移动光电传感器移动一定的距离后，横梁以同样的速度带动遮光板第二次先后经过固定光电传感器与可移动光电传感器，系统记录下第二次时间间隔△t2和可移动光电传感器当前距离S2；
步骤三：系统按照公式|S2-S1|÷|△t2-△t1|即可准确计算出横梁的位移速率。
进一步地，所述可移动光电传感器和所述固定光电传感器安装在一校准装置上；
所述校准装置，包括：基座、直线滑动机构、丝杠、高精度光栅尺、所述可移动光电传感器、所述固定光电传感器、触摸屏仪表；
所述直线滑动机构具有两个相互平行的导轨，固定于所述基座的一侧壁；
所述丝杆通过两端的轴承座固定于所述基座的侧壁，并位于所述直线滑动机构的两个导轨的中部；所述丝杆的端部具有可调节旋钮；
所述直线滑动机构的两个导轨内分别设有一滑块，两所述滑块之间固定连接一滑块板；
所述滑块板连接所述可移动光电传感器；
所述固定光电传感器固定连接于所述基座的侧壁上；
所述固定光电传感器和所述可移动光电传感器的中心连线与所述丝杠的轴线平行；
所述高精度光栅尺设置于所述基座的侧壁上，其读数头与所述滑块板连接；
所述丝杠还设有一螺母与所述滑块板连接；
所述高精度光栅尺、所述可移动光电传感器和所述固定光电传感器均通过传感器连接线与所述触摸屏仪表相连接。
进一步地，所述直线滑动机构，为滚珠式直线滑动机构。
进一步地，所述丝杠，为导程1mm的微型滑动丝杠。
进一步地，所述可移动光电传感器通过一固定板连接到所述滑块板。
进一步地，所述固定光电传感器通过一转接板连接到所述基座上。
进一步地，所述高精度光栅尺型号为A-6665-0015/L，其读数头型号为Q4BCY30D20A。
进一步地，所述基座，呈直角三角架式。
进一步地，所述材料试验机为立式，所述校准装置直立放置，所述材料试验机的横梁带动遮光板先后经过固定光电传感器和可移动光电传感器的运动为竖直运动。
进一步地，所述材料试验机为卧式，所述校准装置横卧放置，所述材料试验机的横梁带动遮光板先后经过固定光电传感器和可移动光电传感器的运动为水平运动。
本发明的优点在于：
1、本发明的校准方法开创性地通过前后两次的距离差与时间间隔之差计算位移速率的方法，使用该装置测得位移速率的准确度有保障，提高对金属或非金属材料力学性能测试结果的准确性。
2、本发明的校准装置可以十分准确地测量出位移速率的大小，解决了传统技术的人为计时而引入误差较大的问题，采用非接触式测量方式，解决了传统技术的现场安装困难的问题，采用滚珠滑动机构，解决了传统技术的传感器在移动过程难以保证同轴的问题，采用高精度光栅测量系统与时间间隔测量模块，解决了传统技术因自身设备精度低而导致测得位移速率准确度不高的问题，极大地保证位移速率的测量准确度。 本校准装置采用性能最优的增量式光栅尺与分辨率为0.1μm的读数头组成高精度光栅尺测量系统，可保证移动距离在0.5mm以内的扩展不确定度为0.5μm（k=2，k是包含因子），移动距离在（0.5～50）mm的扩展不确定度可达0.1%以内；采用高准确度时间间隔测量模块，可保证其最大允许误差为：±（10-7×t+δ），其中t为测时间间隔，δ为有效分辨力。采用该校准装置测得位移速率的准确度优于0.1%，提升了位移速率的测量精度，充分保证了使用材料试验机进行金属或非金属材料力学性能测试的结果准确性。
附图说明
下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的描述。
图1是本发明的校准方法采用的校准装置竖直放置使用状态示意图。
图2是本发明的校准方法采用的校准装置竖直放置结构示意图。
图3是本发明的校准方法采用的校准装置水平放置（前视立体结构）示意图。
100-材料试验机，101-横梁，102-遮光板，200-校准装置，201-基座，202-直线滑动机构，221-导轨，222-导轨，223-滑块，224-滑块板，203-丝杠，231-可调节旋钮，232-螺母，204-高精度光栅尺，205-可移动光电传感器，206-固定光电传感器，207-触摸屏仪表，208-轴承座，209-轴承座。
具体实施方式
请参阅图1和图2所示，一种非接触式的材料试验机位移速率校准方法，包括如下步骤：
步骤一:材料试验机100的横梁101带动遮光板102第一次先后经过固定光电传感器206和可移动光电传感器205，系统（触摸屏仪表207内的软件模块）记录下第一次时间间隔△t1和可移动光电传感器205当前距离S1；
时间间隔△t1是指遮光板102经过可移动传感器205和固定光电传感器206时的时间之差；
步骤二:通过旋转可调节旋钮231，使丝杠203的螺母232带动可移动光电传感器205移动一定的距离后，横梁101以同样的速度带动遮光板102第二次先后经过固定光电传感器206与可移动光电传感器205，系统记录下第二次时间间隔△t2和可移动光电传感器205当前距离S2；
时间间隔△t2是指遮光板102第二次经过可移动传感器205和固定光电传感器206时的时间之差；
步骤三：系统按照公式|S2-S1|÷|△t2-△t1|即可准确计算出横梁101的位移速率。
其中，所述可移动光电传感器205和所述固定光电传感器206安装在一校准装置200上；校准装置200，包括：基座201、直线滑动机构202、丝杠203、高精度光栅尺204、可移动光电传感器205、固定光电传感器206、触摸屏仪表207。
所述直线滑动机构202具有两个相互平行的导轨221、222，固定于所述基座201的一侧壁；
所述丝杆203，为导程1mm的微型滑动丝杠，其通过两端的轴承座208、209固定于所述基座201的侧壁，并位于所述直线滑动机构202的两个导轨221、222的中部；所述丝杆203的端部具有可调节旋钮231；
所述直线滑动机构202的两个导轨221、222内分别设有一滑块223，两所述滑块223之间固定连接一滑块板224；
所述滑块板224连接所述可移动光电传感器205；
所述固定光电传感器206固定连接于所述基座201的侧壁上；
所述固定光电传感器206和所述可移动光电传感器205的中心连线与所述丝杠203的轴线平行；
所述高精度光栅尺204设置于所述基座201的侧壁上，其读数头与所述滑块板224连接；本实施例中高精度光栅尺204采用英国雷尼绍公司生产，型号为A-6665-0015/L，其读数头型号为Q4BCY30D20A。
所述丝杠203还设有一螺母232与所述滑块板224连接；
所述高精度光栅尺204、所述可移动光电传感器205和所述固定光电传感器206均通过传感器连接线与所述触摸屏仪表207相连接。
所述直线滑动机构202，为滚珠式直线滑动机构。
所述可移动光电传感器205通过一固定板连接到所述滑块板224。
所述固定光电传感器206通过一转接板连接到所述基座201上。
所述基座201，呈直角三角架式。
本实施例中的材料试验机100为立式，所述校准装置200为直立放置，材料试验机100的横梁101带动遮光板102先后经过固定光电传感器206和可移动光电传感器205的运动为竖直运动。
如果材料试验机为卧式，如图3所示，则校准装置200横卧（水平）放置，材料试验机的横梁带动遮光板先后经过固定光电传感器206和可移动光电传感器205的运动为水平运动。
本发明的校准方法开创性地通过前后两次的距离差与时间间隔之差计算位移速率的方法，使用该装置测得位移速率的准确度有保障，提高对金属或非金属材料力学性能测试结果的准确性。
本发明的校准装置可以十分准确地测量出位移速率的大小，解决了传统技术的人为计时而引入误差较大的问题，采用非接触式测量方式，解决了传统技术的现场安装困难的问题，采用滚珠滑动机构，解决了传统技术的传感器在移动过程难以保证同轴的问题，采用高精度光栅测量系统与时间间隔测量模块，解决了传统技术因自身设备精度低而导致测得位移速率准确度不高的问题，极大地保证位移速率的测量准确度。 本校准装置采用性能最优的增量式光栅尺与分辨率为0.1μm的读数头组成高精度光栅尺测量系统，可保证移动距离在0.5mm以内的扩展不确定度为0.5μm（k=2，k是包含因子），移动距离在（0.5～50）mm的扩展不确定度可达0.1%以内；采用高准确度时间间隔测量模块，可保证其最大允许误差为：±（10-7×t+δ），其中t为测时间间隔，δ为有效分辨力。采用该校准装置测得位移速率的准确度优于0.1%，提升了位移速率的测量精度，充分保证了使用材料试验机进行金属或非金属材料力学性能测试的结果准确性。
上述实施例和图式并非限定本发明的形态和式样，任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应视为不脱离本发明的专利范畴。
Claims (10)
1.一种非接触式的材料试验机位移速率校准方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一:材料试验机的横梁带动遮光板第一次先后经过固定光电传感器和可移动光电传感器，系统记录下第一次时间间隔△t1和通过高精度光栅尺测得的可移动光电传感器当前距离S1；
步骤二:使可移动光电传感器移动一定的距离后，横梁以同样的速度带动遮光板第二次先后经过固定光电传感器与可移动光电传感器，系统记录下第二次时间间隔△t2和通过高精度光栅尺测得的可移动光电传感器当前距离S2；
步骤三：系统按照公式|S2-S1|÷|△t2-△t1|即可准确计算出横梁的位移速率。
2.如权利要求1所述的一种非接触式的材料试验机位移速率校准方法，其特征在于：所述可移动光电传感器和所述固定光电传感器安装在一校准装置上；
所述校准装置，包括：基座、直线滑动机构、丝杠、所述高精度光栅尺、所述可移动光电传感器、所述固定光电传感器、触摸屏仪表；
所述直线滑动机构具有两个相互平行的导轨，固定于所述基座的一侧壁；
所述丝杠通过两端的轴承座固定于所述基座的侧壁，并位于所述直线滑动机构的两个导轨的中部；所述丝杠的端部具有可调节旋钮；
所述直线滑动机构的两个导轨内分别设有一滑块，两所述滑块之间固定连接一滑块板；
所述滑块板连接所述可移动光电传感器；
所述固定光电传感器固定连接于所述基座的侧壁上；
所述固定光电传感器和所述可移动光电传感器的中心连线与所述丝杠的轴线平行；
所述高精度光栅尺设置于所述基座的侧壁上，其读数头与所述滑块板连接；
所述丝杠还设有一螺母与所述滑块板连接；
所述高精度光栅尺、所述可移动光电传感器和所述固定光电传感器均通过传感器连接线与所述触摸屏仪表相连接。
3.如权利要求2所述的一种非接触式的材料试验机位移速率校准方法，其特征在于：所述直线滑动机构，为滚珠式直线滑动机构。
4.如权利要求2所述的一种非接触式的材料试验机位移速率校准方法，其特征在于：所述丝杠，为导程1mm的微型滑动丝杠。
5.如权利要求2所述的一种非接触式的材料试验机位移速率校准方法，其特征在于：所述可移动光电传感器通过一固定板连接到所述滑块板。
6.如权利要求2所述的一种非接触式的材料试验机位移速率校准方法，其特征在于：所述固定光电传感器通过一转接板连接到所述基座上。
7.如权利要求2所述的一种非接触式的材料试验机位移速率校准方法，其特征在于：所述高精度光栅尺型号为A-6665-0015/L，其读数头型号为Q4BCY30D20A。
8.如权利要求2所述的一种非接触式的材料试验机位移速率校准方法，其特征在于：所述基座，呈直角三角架式。
9.如权利要求2所述的一种非接触式的材料试验机位移速率校准方法，其特征在于：所述材料试验机为立式，所述校准装置直立放置，所述材料试验机的横梁带动遮光板先后经过固定光电传感器和可移动光电传感器的运动为竖直运动。
10.如权利要求2所述的一种非接触式的材料试验机位移速率校准方法，其特征在于：所述材料试验机为卧式，所述校准装置横卧放置，所述材料试验机的横梁带动遮光板先后经过固定光电传感器和可移动光电传感器的运动为水平运动。
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