CN117990511A - 一种试样加载及检测装置 - Google Patents

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孙家祥
李明朝
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Abstract

本发明涉及一种试样加载及检测装置，包括底座，以及设置在所述底座上的拉伸单元、弯折单元和检测单元。其中，所述拉伸单元和弯折单元能够分别或同时向试样施加拉伸载荷和弯曲载荷，使得试样发生拉伸变形和弯曲变形。所述检测单元包括设置在所述拉伸单元上的能够检测所述试样形变量的位移传感器，以及能够监测所述试样表面磁场的磁场传感器。

Description

一种试样加载及检测装置
技术领域
本发明涉及一种试样加载及检测装置。
背景技术
在工业生产过程中，作业人员需要对不同材料的试样的力学性能或表面磁场进行检测。在检测过程中，作业人员一般需要对试样进行拉伸或弯曲，以检测试样的力学性能，在这一过程中同时对试样的表面磁场进行检测，以得到磁场变化曲线。
现有的检测设备在检测过程中难以同时对试样进行拉伸和弯曲，导致其检测步骤繁琐。同时，现有的设备在磁场检测过程中难以精准控制磁场检测设备与试样之间的间距，从而难以控制提离值，导致表面磁场检测的误差较大。
发明内容
针对如上所述的技术问题，本发明旨在提出一种试样加载及检测装置。本发明的试样加载及检测装置能够有效地简化检测步骤，同时提高检测精度。
根据本发明，提供了一种用试样加载及检测装置，包括底座，以及设置在所述底座上的拉伸单元、弯折单元和检测单元。
其中，所述拉伸单元和弯折单元能够分别或同时向试样施加拉伸载荷和弯曲载荷，使得试样发生拉伸变形和弯曲变形。所述检测单元包括设置在所述拉伸单元上的能够检测所述试样形变量的位移传感器，以及能够监测所述试样表面磁场的磁场传感器。
在一个优选的实施例中，所述拉伸单元包括分开并相对布置的前板体和后板体，所述前板体和后板体上设置有能够与试样轴向两端的端部形成固定连接的夹爪，所述前板体和/或后板体上设置有能够带动夹爪运动从而拉伸所述试样的第一动力件。
在一个优选的实施例中，在所述前板体和后板体的侧壁上分别设置有第一通孔，所述夹爪的第一端设置为能够穿过所述第一通孔并与第一动力件相连接。
所述夹爪的第二端设置有允许所述端部插入的卡槽，所述试样通过所述卡槽与所述夹爪相连接。
在一个优选的实施例中，在所述夹爪上还设置有第一固定销，所述第一固定销设置为能够同时贯穿所述卡槽，以及所述试样的端部，所述夹爪和试样通过所述第一固定销形成固定连接。
在一个优选的实施例中，在所述前板体和后板体上还分别设置有沿所述第一通孔的径向贯穿所述前板体和后板体的第二固定销，在所述夹爪上还设置有第二通孔，所述第二固定销设置为能够穿过所述第二通孔从而实现所述夹爪与所述前板体和后板体之间的连接。
所述第二通孔设置为狭长形使得所述第二固定销能够在所述第二通孔内移动。
在一个优选的实施例中，连接在所述第一动力件与夹爪之间还设置有旋紧螺母。
在一个优选的实施例中，所述弯折单元包括活动件以及连接在所述活动件上的第一动力件，所述活动件能够与所述试样的轴向中部相接，并能够在所述第一动力件的带动下沿着所述试样的径向向靠近试样的方向移动。
在一个优选的实施例中，所述活动件构造为大致“工”字形，其包括靠近所述试样的第一板体和远离所述试样的第二板体，以及连接在所述第一板体和第二板体之间的连杆。
在一个优选的实施例中，在所述第二板体远离第一板体的一端还设置有固定板，所述固定板上设置有多个固定杆，所述的多个固定杆设置为能够分别抵接在所述第二板体两侧的侧壁上，从而能够夹持所述第二板体。
在一个优选的实施例中，在所述第一动力件上还设置有压力传感器。
在一个优选的实施例中，所述位移传感器设置为激光位移传感器，所述激光位移传感器包括能够发出探测光束的光源以及能够阻挡光束的挡板，所述挡板设置在所述试样上从而能够随着所述试样的拉伸而移动。
在一个优选的实施例中，在所述磁场传感器上还连接有控制组件，使得所述磁场传感器能够在所述控制组件的带动下沿着所述试样的轴向移动。
在一个优选的实施例中，所述控制组件包括第一滑轨，以及设置在所述第一滑轨上的与所述磁场传感器固定相连的滑块。
所述滑块上连接有第二动力件从而能够在所述第二动力件的带动下沿着所述第一滑轨移动。
在一个优选的实施例中，在所述磁场传感器上还连接有能够监测所述磁场传感器提离值的距离传感器。
在一个优选的实施例中，在所述第一滑轨上还设置有垂直于第一滑轨的第二滑轨，所述第二滑轨上设置有第二动力件，使得所述第一滑轨能够在第二动力件的带动下沿着所述第二滑轨运动。
在一个优选的实施例中，所述第二动力件设置为步进电机。
附图说明
下面将参照附图对本发明进行说明。
图1显示了根据本发明的一个实施例的试样加载及检测装置的示意图。
图2为图1所示的试样加载及检测装置的拉伸单元的示意图。
图3为图2所示的拉伸单元的夹爪的示意图。
图4为图1所示的试样加载及检测装置的弯折单元的示意图。
图5为图1所示的试样加载及检测装置的磁场传感器的示意图。
在本申请中，所有附图均为示意性的附图，仅用于说明本发明的原理，并且未按实际比例绘制。
具体实施方式
下面通过附图来对本发明进行介绍。在本文中，所述“上端”或类似用语表示靠近底座的一端；而所述“下端”或类似用语表示远离底座的一端。
图1显示了根据本发明的一个实施例的试样加载及检测装置100的示意图。如图1所示，所述检测装置100包括底座10。在所述底座10上分别固定有拉伸单元20、弯折单元30以及检测单元40。
其中，所述拉伸单元20和弯折单元30能够分别或同时向待检测的试样1施加拉伸载荷和弯曲载荷，从而使得试样1发生拉伸变形和弯曲变形。与此同时，所述检测单元40能够对所述试样1的形变量以及形变过程中的表面磁场变化过程进行实时检测，从而获得试样的力学性能及磁场变化曲线。
图2为图1所示的试样加载及检测装置100的拉伸单元20的示意图。如图2所示，所述拉伸单元20包括相对布置的前板体21和后板体22。在所述前板体21和后板体22分开布置，从而在所述前板体21和后板体22之间形成有容纳试样1的间隙23。
在所述前板体21和后板体22的靠近所述间隙23的一端分别设置有夹爪24。具体地，在所述前板体21和后板体22的侧壁上分别设置有第一通孔211，所述夹爪24的第一端241能够连接所述第一通孔211上。同时，所述夹爪24设置为能够在所述通孔211内相对于通孔211移动，使得所述夹爪24的第一端241能够穿过所述第一通孔211。
如图2所示，所述夹爪24伸入间隙23的第二端242设置为能够与试样1的端部11形成固定连接。由此，所述前板体21和后板体22上的夹爪24能够同时固定试样1的两端，实现夹爪24与试样1之间的固定连接。
容易理解，当夹爪24与试样1形成固定连接后，随着所述夹爪24相对于通孔211向远离所述间隙23的方向移动，所述前板体21和后板体22上的两个夹爪24之间的距离会增大，从而能够起到拉伸试样1的作用。
如图1所示，在所述前板体21和后板体22上还分别设置有第一动力件221。所述第一动力件221例如可以是液缸。所述夹爪24的第一端241设置为能够与所述第一动力件221形成固定连接。由此，通过所述第一动力件221能够提供拉伸试样1的动力，实现试样1的双向拉伸。
在本发明中，所述第一动力件221也可以仅设置在所述前板体21或后板体22上，通过一个第一动力件221的单向拉伸同样也能够实现试样1的拉伸变形。
如图2所示，在一个优选的实施例中，在所述第一动力件221与夹爪24之间还设置有旋紧螺母222。由此，在拉伸试样1前，作业人员可以通过旋转所述旋紧螺母222使得所述夹爪24向远离间隙23的方向移动适当的位移，直至所述夹爪24将所述试样1拉伸至紧绷的状态。通过这种设置，更精确的获得试样1拉伸前的初始尺寸，进而有利于更精确的检测所示试样1拉伸后的变形量。
需要说明的是，所述旋紧螺母222的结构和原理是本领域技术人员所熟知的，在此略去对其的详细介绍。
图3为图2所示的拉伸单元20的夹爪24的示意图。如图2和图3所示，在一个具体的实施例中，所述夹爪24构造为杆状。在所述夹爪24的第一端241设置有内螺纹(未示出)，所述夹爪24的第一端241与第一动力件221通过所述内螺纹形成固定连接。
同时，在所述夹爪24的第二端242上构造有卡槽243。由此，所述试样1的端部能够伸入所述卡槽243内，从而连接在所述夹爪24上。进一步地，在所述卡槽243两端的侧壁上设置有允许销轴穿过的销孔246。所述夹爪24与试样1之间能够通过一个同时贯穿所述销孔246和所述试样1的第一固定销244形成固定连接。
类似地，在所述前板体21和后板体22上还分别设置有第二固定销225。所述的两个第二固定销225分别沿所述第一通孔211的径向贯穿所述前板体21和后板体22。同时，在所述夹爪24上还设置有允许第二固定销225穿过的第二通孔245。由此，当所述夹爪24伸入所述第一通孔211后，所述第二固定销225能够同时贯穿所述第一通孔211和所述第二通孔245，从而实现夹爪24分别与前板体21和后板体22之间的连接。
容易理解，通过所述第二固定销225的固定连接，能够在试样1拉伸过程中防止所述夹爪24相对于第一通孔211沿周向转动，进而防止所述试样旋转或由于两端旋转不同步所导致的扭折，由此保证所述试样1在周向上始终保持静止状态。
必要地，所述第二通孔245设置为狭长形，使得所述第二固定销225能够在所述第二通孔245内沿轴向移动。通过这种设置，能够避免所述第二固定销225阻碍夹爪24在所述第一通孔211内移动，进而避免第二固定销225阻碍试样1的正常拉伸。
图4为图1所示的试样加载及检测装置100的弯折单元30的示意图。如图4所示，所述弯折单元30包括活动件31，在所述活动件31上同样连接有第一动力件221。所述活动件31能够与所述试样1的轴向中部相接，并能够在所述第一动力件221的带动下沿着所述试样1的径向(即垂直于拉伸方向)向靠近试样1的方向移动。
随着所述活动件31的移动，其能够挤压所述试样1，从而使得所述试样1产生弯曲变形。
如图4所示，在本发明中，所述活动件31构造为大致“工”字形，其包括靠近所述试样1的第一板体311和远离所述试样的第二板体312，以及连接在所述第一板体311和第二板体312之间的连杆313。
容易理解，通过所述第一板体311能够在活动件31挤压试样1的过程中增大所述活动件31与试样1之间的接触面积，从而防止接触面积过小所导致的压力集中，降低所述试样1折断的风险。
如图2和图4所示，在本发明中，在所述前板体21和后板体22之间还设置有侧板226，所述侧板226上设置有连通所述间隙23的槽孔227，使得所述第一板体311能够通过所述槽孔227伸入所述间隙23内，从而能够与所述试样1相接。
并且，在所述第二板体312远离第一板体311的一端还设置有固定板314。在所述固定板上设置有多个固定杆315，所述的多个固定杆315设置为能够向靠近第二板体312的方向延伸从而能够与所述侧板226相接。同时，所述固定杆315靠近侧板226的一端构造为连接公头229，在所述侧板226上设置有与所述连接公头229相对应的螺纹孔(未示出)。由此，当所述固定杆315与所述侧板226相接后，其能够通过所述连接公头229固定地连接在所述侧板226上，从而实现拉伸单元20和弯折单元30之间的固定连接。
在一个优选的实施例中，所述的多个固定杆315同时能够分别连接在所述第二板体312两侧的侧壁316上。由此，通过所述的多个固定杆315能够夹持所述第二板体312，防止所述第二板体312相对于固定板314转动。
通过这种设置，作业人员即可通过固定所述固定板314进而固定所述活动件31，防止活动件31由于受力不均或振动等因素所导致的转动，从而防止所述第一板体311挤压试样1的过程中相对于试样1旋转，导致试样1发生转动。
如图4所示，在一个优选的实施例中，在所述第一动力件31上还设置有压力传感器32。所述压力传感器32例如可以连接在所述连杆313上。通过所述压力传感器32能够实时测量所述连杆313所受到的压力，进而测量所述试样1所受到的压力。
如图1所示，所述检测单元40包括设置在所述拉伸单元20上的能够检测所述试样形变量的位移传感器42，以及能够监测所述试样1表面磁场的磁场传感器44。
如图1所示，所述位移传感器42设置为激光位移传感器43。所述激光位移传感器43包括能够发出探测光束的光源431以及能够阻挡光束的挡板432。
具体地，所述光源431设置为两个，所述的两个光源431分别设置在所述前板体21和后板体22上，并能够向靠近所述间隙23的方向发射光束。所述挡板432设置为连接在所述试样1两端的端部处并设置为向上延伸，从而能够阻挡光源431所发出的光束。
所述激光位移传感器43能够实时读取光源431与挡板432之间的距离。当所述试样1收到拉伸而伸长时，位于所述试样1上的靠近前板体21的挡板432会向靠近前板体21的方向移动，使得所述挡板432与前板体21上的光源431之间的距离减小，其减小值记为L1。同理，随着所述试样1的伸长，位于所述试样1上的靠近后板体22的挡板432会向靠近后板体22的方向移动，使得所述挡板432与前板体22上的光源431之间的距离减小，其减小值记为L2。
由此可得所述试样1的伸长量ΔL＝L1+L2。
综上所述，通过这种激光位移传感器43，能够精准且实时地得出所述试样1的形变量。
并且，作业人员可以根据检测需要调整两个挡板432的位置，从而实现对两个挡板432之间的试样1的长度变化进行检测。容易理解，通过调整两个挡板432的位置，能够检测任意一段试样1的长度变化。
图5为图1所示的试样加载及检测装置100的磁场传感器44的示意图。如图5所示，在所述磁场传感器44上还连接有控制组件45。
如图5所示，所述控制组件45包括沿所述试样1的轴向布置的第一滑轨451，以及设置在所述第一滑轨451上的滑块452。所述磁场传感器44通过支架441与所述控制组件45与所述滑块固定相连。同时，在所述滑块452上还连接有第二动力件453，使得所述滑块452能够在所述第二动力件453的带动下沿着所述第一滑轨451移动，进而带动所述磁场传感器44进行同步移动。
如图1所示，通过控制所述磁场传感器44的移动，能够使得磁场传感器44扫过所述试样1的表面，从而对试样1表面任意位置的磁场进行检测。
如图5所示，在所述第一滑轨451的两端上还设置有垂直于第一滑轨451的第二滑轨455。所述第二滑轨455上同样设置有第二动力件453，使得所述第一滑轨451能够在第二动力件453的带动下沿着所述第二滑轨455运动。
由于第二滑轨455垂直于第一滑轨451，因此当所述第一滑轨451沿着第二滑轨455运动时，其能够改变磁场传感器44与试样1之间的距离，从而调整所述磁场传感器44的提离值，从而能够根据实际需要测量不同提离值下的表面磁场变化曲线。
在一个优选的实施例中，在所述磁场传感器44上还连接有距离传感器442。所述距离传感器442同样可以设置为激光位移传感器。通过激光位移传感器能够实时测量激光位移传感器自身与试样1之间的距离，从而能够测量不同提离值下的试样1表面磁场的变化曲线。
并且，由于在检测过程中，所述试样1往往会处于弯曲状态，这样在移动所述磁场传感器44的过程中，作业人员能够通过第二滑轨455实时调整磁场传感器44的位置，使得所述磁场传感器44与试样1之间的距离保持恒定，不受试样1形状的影响。由此能够得到固定提离值下所述试样1不同位置的表面磁场变化曲线。
在一个优选的实施例中，所述第二动力件453设置为步进电机。这种步进电机能够将电脉冲信号转换成相应角位移或线位移，从而能够实现对磁场传感器44移动的精准控制。
以下简述根据本发明的试样加载及检测装置100的工作过程。
本发明的试样加载及检测装置100用于使试样1发生形变，并对试样1形变过程中的形变量和表面磁场进行检测。
在检测过程中，作业人员首先需要将试样1安装在所述夹爪34上，同时旋转旋紧螺母222使得所述试样1处于紧绷状态。随后分别通过所述拉伸单元20和弯折单元30控制所述试样发生形变。在这一过程中，通过所述检测单元40能够对所述试样1的形变量和表面磁场进行实时检测。
最后应说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施方案而已，并不构成对本发明的任何限制。尽管参照前述实施方案对本发明进行了详细的说明，但是对于本领域的技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (16)

1.一种试样加载及检测装置(100)，包括：
底座(10)，以及，
设置在所述底座上的拉伸单元(20)、弯折单元(30)以及检测单元(40)，
其中，所述拉伸单元和弯折单元能够分别或同时向试样(1)施加拉伸载荷和弯曲载荷，使得试样发生拉伸变形和弯曲变形，
所述检测单元包括设置在所述拉伸单元上的能够检测所述试样形变量的位移传感器(42)，以及能够监测所述试样表面磁场的磁场传感器(44)。
2.根据权利要求1所述的试样加载及检测装置，其特征在于，所述拉伸单元包括分开并相对布置的前板体(21)和后板体(22)，所述前板体和后板体上设置有能够与试样轴向两端的端部形成固定连接的夹爪(24)，所述前板体和/或后板体上设置有能够带动夹爪运动从而拉伸所述试样的第一动力件。
3.根据权利要求2所述的试样加载及检测装置，其特征在于，在所述前板体和后板体的侧壁上分别设置有第一通孔(221)，所述夹爪的第一端(241)设置为能够穿过所述第一通孔并与第一动力件相连接，
所述夹爪的第二端(242)设置有允许所述端部插入的卡槽(243)，所述试样通过所述卡槽与所述夹爪相连接。
4.根据权利要求3所述的试样加载及检测装置，其特征在于，在所述夹爪上还设置有第一固定销(244)，所述第一固定销设置为能够同时贯穿所述卡槽，以及所述试样的端部(11)，所述夹爪和试样通过所述第一固定销形成固定连接。
5.根据权利要求4所述的试样加载及检测装置，其特征在于，在所述前板体和后板体上还分别设置有沿所述第一通孔的径向贯穿所述前板体和后板体的第二固定销(225)，在所述夹爪上还设置有第二通孔(245)，所述第二固定销设置为能够穿过所述第二通孔从而实现所述夹爪与所述前板体和后板体之间的连接，
所述第二通孔设置为狭长形使得所述第二固定销能够在所述第二通孔内移动。
6.根据权利要求2-5中任一项所述的试样加载及检测装置，其特征在于，连接在所述第一动力件与夹爪之间还设置有旋紧螺母(222)。
7.根据权利要求1-5中任一项所述的试样加载及检测装置，其特征在于，所述弯折单元包括活动件(31)以及连接在所述活动件上的第一动力件(221)，所述活动件能够与所述试样的轴向中部相接，并能够在所述第一动力件的带动下沿着所述试样的径向向靠近试样的方向移动。
8.根据权利要求7所述的试样加载及检测装置，其特征在于，所述活动件构造为大致“工”字形，其包括靠近所述试样的第一板体(311)和远离所述试样的第二板体(312)，以及连接在所述第一板体和第二板体之间的连杆(313)。
9.根据权利要求8所述的试样加载及检测装置，其特征在于，在所述第二板体远离第一板体的一端还设置有固定板(314)，所述固定板上设置有多个固定杆(315)，所述的多个固定杆设置为能够分别抵接在所述第二板体两侧的侧壁上，从而能够夹持所述第二板体。
10.根据权利要求9所述的试样加载及检测装置，其特征在于，在所述第一动力件上还设置有压力传感器(32)。
11.根据权利要求1-5中任一项所述的试样加载及检测装置，其特征在于，所述位移传感器设置为激光位移传感器(43)，
所述激光位移传感器包括能够发出探测光束的光源(431)以及能够阻挡光束的挡板(432)，所述挡板设置在所述试样上从而能够随着所述试样的拉伸而移动。
12.根据权利要求11所述的试样加载及检测装置，其特征在于，在所述磁场传感器上还连接有控制组件(45)，使得所述磁场传感器能够在所述控制组件的带动下沿着所述试样的轴向移动。
13.根据权利要求12所述的试样加载及检测装置，其特征在于，所述控制组件包括第一滑轨(451)，以及设置在所述第一滑轨上的与所述磁场传感器固定相连的滑块(452)，
所述滑块上连接有第二动力件(453)从而能够在所述第二动力件的带动下沿着所述第一滑轨移动。
14.根据权利要求13所述的试样加载及检测装置，其特征在于，在所述磁场传感器上还连接有能够监测所述磁场传感器提离值的距离传感器(442)。
15.根据权利要求14所述的试样加载及检测装置，其特征在于，在所述第一滑轨上还设置有垂直于第一滑轨的第二滑轨(455)，所述第二滑轨上设置有第二动力件，使得所述第一滑轨能够在第二动力件的带动下沿着所述第二滑轨运动。
16.根据权利要求15所述的试样加载及检测装置，其特征在于，所述第二动力件设置为步进电机。
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