CN1316240C - 一种玻璃无损在线检测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种玻璃无损在线检测装置，其特征在于：它包括一底座，所述底座底部设置有三个吸盘，所述底座一侧顶部设置一支架，所述支架上垂向穿设一丝杠，所述丝杠顶部设置一转动手柄，所述丝杠中部连接一通过螺纹与其配合的滑块，在所述滑块底部固定连接一压力传感器，所述压力传感器的底部连接一声发射球压压头，所述压力传感器和声发射球压压头分别通过一导线连接压力接收显示和声发射接收控制装置。本发明通过吸盘与被测的玻璃构件连接在一起，通过控制装置采集到的载荷信号和声发射信号，可以十分方便的测试出被测构件的局部强度等力学性能。使用该测试仪可以十分方便的对服役状态下大型玻璃构件的力学性能进行评价。

Description

一种玻璃无损在线检测装置
技术领域
本发明涉及一种测量仪器，特别是关于一种通过吸盘与被测玻璃构件的连接，实现对服役状态下的玻璃进行检测的玻璃无损在线检测装置。
背景技术
玻璃材料是国民经济建设中的一类重要的结构材料。同时，由于它的脆性，这类材料也是最容易发生突发事故、最不安全的材料。玻璃构件在服役中的破坏和失效，绝大部分是由于冲击或动态疲劳载荷或环境腐蚀导致强度衰减等因素引起的。例如汽车、火车和飞机的挡风玻璃表面损伤和破坏等往往源于三种形式：1、意外撞击导致粉碎性破坏；2、硬颗粒小能量冲击产生表面微裂纹或环境腐蚀而使部件强度和寿命减少；3、动态疲劳载荷下材料中的微裂纹扩展或强度衰减而导致的破坏。随着玻璃构件在国防和国民经济建设中越来越广泛的应用，它的服役状态下力学性能及影响服役功能的关键科学问题的研究显得更加紧迫和重要。
然而，玻璃构件在服役状态下的力学性能会随载荷形式、结构的形状和尺寸、环境和温度等多种因素发生变化，许多状态是实验室和标准方法无法完全等效的，特别是应用中的玻璃构件(废品除外)通常表面没有明显缺陷和裂纹，在这种情况下，寿命预测往往可以通过在一定条件下强度的衰减规律来进行估测。而残余寿命的估测又跟无损、在线测试是分不开的，如果能够测出现场构件的残余弹性模量、残余强度等参数以及它们随时间的变化，则可预测材料的使用寿命和残余寿命。
根据本申请人关于球压接触产生微裂纹的理论，即利用压球顶压脆性材料表面，当接触应力达到一个与材料和压球有关的临界载荷时，在材料表面会产生一个肉眼难以观测到的环形微裂纹即赫兹环形裂纹，并发出人耳不能感知的轻微爆裂声，捕捉环形裂纹起始时的声信号，便能准确地发现并记录这一临界载荷，并将临界载荷带入相应的计算公式后，便可以求出材料的局部强度等数据。现有技术中，捕捉声信号的方法是将声发射仪的传感器放置在待测试的样品表面，当微裂纹发生，有声发射信号出现时，置于样品表面的传感器会捕捉到这一信号，并将其放大处理后显示在声发射仪上，或者通过蜂鸣器报警，进而停止加载并记录临界载荷。然而，服役状态下的玻璃无法在现有实验机上进行测试，也无法将声发射传感器放置在靠近球压头附近的玻璃上，因此开发一种可以对玻璃构件在服役条件下的可靠性、耐久性等性能进行测量和评价的设备，为材料设计和结构设计提供理论指导，并将其编制成相应的优化设计计算机软件，对于推动新材料的发展具有十分重要的意义。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种能够实现对服役状态下的玻璃构件进行无损检测，且操作方便的玻璃无损在线测试装置。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种玻璃无损在线检测装置，其特征在于：它包括一底座，所述底座底部设置有三个吸盘，所述底座一侧顶部设置一支架，所述支架上垂向穿设一丝杠，所述丝杠顶部设置一转动手柄，所述丝杠中部连接一通过螺纹与其配合的滑块，在所述滑块底部固定连接一压力传感器，所述压力传感器的底部连接一声发射球压压头，所述压力传感器和声发射球压压头分别通过一导线连接压力接收显示和声发射接收控制装置。
所述声发射球压压头包括一压头、一声发射传感器、一联结块、一护套和一端盖，所述联结块的顶部一体设置一连接所述压力传感器的圆柱，所述联结块底部设置一螺杆，所述螺杆顶部通过一螺套固定一压球，所述联结块的一端设置一组螺孔，所述护套和端盖的端部与所述联结块对应分别设置一组通孔，所述声发射传感器放置在所述护套内，所述端盖盖设在所述护套的开口端，通过螺钉将所述端盖、护套和联结块连接成一体。
所述声发射传感器与所述联结块接触的一端涂设有油脂，与所述端盖接触的一端设置有弹性垫。
所述螺杆上的螺套为一组多个，所述压球也为不同直径的多个，每个所述螺套与所述螺杆的连接部位相同，每个螺套露出所述压球的出口直径与相应的所述压球直径对应。
所述滑块与所述支架之间对应设置具有导向作用的滑轨和滑槽。
所述丝杠采用梯形螺纹。
所述压力接收显示和声发射接收控制装置设置在一个盒体内。
所述压球采用3～10mm的陶瓷轴承球或碳化钨球中的一种。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明由于在底座上安装了三个吸盘，因此使用时，可以将吸盘紧紧地吸附在任意方向上服役的玻璃表面，直接通过转动手柄施压，而不会在压头施加载荷的作用下使测试设备与玻璃表面分离，不但操作非常方便，而且实现了对服役状态下的玻璃进行力学性能检测的目的。2、本发明由于将声发射传感器设置在一靠近压头的护套内，因此使用时，只要将设置有压头的联结块安装在压力传感器的底部，便可以在压力达到临界载荷发生环形微裂纹时，迅速通过声发射传感器捕捉到声信号，并通过控制装置停止加载蜂鸣报警，从而准确地记录临界载荷值，实现对服役状态下的玻璃构件的残余弹性模量、残余强度等参数以及它们随时间变化的无损检测，在不破坏玻璃构件的情况下预测材料的使用寿命和残余寿命。3、本发明的丝杠采用梯形螺旋，并通过丝杠带动滑块和压力传感器向下运动，特别是将滑块与支架之间对应设置滑轨和滑槽，因此可以保证检测时压头可以始终垂直于所测玻璃表面，并在停止加载时处于自锁状态，有效地避免了人为操作产生的误差影响。4、本发明将包括压力接收显示器和声发射接收器两套设备的控制部分设置在一个盒体内，不但操作和携带方便，而且便于统一操作和控制。5、本发明由于在声发射传感器与联结块连接的一端涂设油脂，因此可以较好地避免接触表面粗糙造成的信号衰减；同时由于在声发射传感器与端盖连接的一端设置弹性垫，因此保证端盖可以将声发射传感器紧紧压实在联结块上，进一步加强传感器的接收效果。6、本发明由于设置了多个螺套和不同直径的多个压球，因此可以根据不同直径的压球更换不同的螺套，并把螺套固定在同一根螺杆上。本发明结构体积小重量轻，成本低，测量精确，性能稳定，操作方便，它可以广泛应用于玻璃、陶瓷，混凝土等材料领域的质量检测中，特别是对服役状态下大型玻璃构件的力学性能评价中。
附图说明
图1是本发明结构示意图
图2是图1的剖视示意图
图3是本发明声发射球压压头结构示意图
图4是图3的A-A方向剖视图
具体实施方式
如图1、图2所示，本发明包括机械加载装置和控制装置两部分。机械加载装置包括一由三角形构件组成的底座1，在底座1的底部设置三个吸盘2，吸盘2可以在市场上购买现成产品，对于小球压头，一般玻璃的承载能力不会超过1000N，因此购买三个500N吸力的吸盘2，其承载力没有问题。在底座1的一侧顶部设置一支架3，在支架3上垂向穿设一原位转动的丝杠4，在丝杠4的顶部设置一转动手柄5。丝杠4可以采用梯形螺纹，其具有较好的止退功能。在丝杠4上通过螺纹连接一向前凸出支架3的滑块6，丝杠4的转动可以带动滑块6沿支架3上下移动，在滑块6与支架3之间可以对应设置具有导向作用的滑轨和滑槽。在滑块6底部固定连接一压力传感器7，在压力传感器7的底部可以直接固定一声发射球压压头10，也可以安装一类似钻床上的卡头，然后通过卡头再连接声发射球压压头10。
本发明的控制装置包括通过导线连接的压力传感器7和压力接收显示器，以及通过导线连接的声发射传感器11(如图3所示)和声发射接收器两套设备，这两套设备是现有技术，在市场上有产品销售，本发明可以分别购置，使用时分别操作，也可以将两种产品的压力接收显示器和声发射接收器进行改装，将二者集成在一个控制盒体内，这样操作控制和携带更方便。
如图3、图4所示，声发射球压压头10包括上述声发射传感器11，一球压压头12，一联结块13，一护套14和一端盖15。联结块13的顶部一体设置一圆柱16，用以连接压力传感器7或压力传感器7上设置的卡头。在联结块13底部设置一螺杆17，在螺杆17的头部具有一凹孔，将一压球18放置在凹孔上，将一托住压球18的螺套19罩在压球18的外面，并将螺套19拧紧在螺杆17上。联结块13的一端端部设置有一组四个螺孔20，护套14上与螺孔20对应设置四个通孔21，将声发射传感器11紧贴联结块13放置在护套14内，且在护套14上设置一穿设导线22的豁口23。端盖15上与四个通孔21对应，也设置四个通孔24，将四个螺钉25穿过端盖15和护套14上的通孔21、24后，拧紧在联结块13的螺孔20中，将三者13、14、15连成一体。
上述实施例中，为了使声发射传感器11传感效果更好，可以在声发射传感器11与联结块13接触的一端涂凡士林或其它润滑油，使声发射传感器11与其接触得更好。在声发射传感器11与端盖15接触的一端可以设置海绵或橡胶等弹性垫26，以保证声发射传感器11在护套14内贴紧联结块13，进而更及时准确的捕捉环形裂纹起始时发出的声信号。
上述实施例中，端盖15上的通孔51可以是台阶孔，这样螺钉25穿过端盖15时，可以卧在台阶孔的凹处，使本发明整体外形更美观牢固。
上述实施例中，压球18和用于固定压球18的螺套19可以是一组多个，以根据不同的需求更换压球18和螺套19，每个螺套19与螺杆17的连接部位相同，每个螺套19露出压球18的出口直径与相应的压球18直径对应。压球18可以采用3～10mm的陶瓷轴承球，也可以采用3～10mm的碳化钨球。
本发明使用时，先将被测玻璃构件表面和吸盘底部擦干净，再将三个吸盘2分别固定在被测玻璃构件上，打开控制装置的电源开关，控制装置的液晶显示器会显示出当前的受力值，如空载状态下显示的受力值偏离零点很多，便按清零键使数值清零。然后启动控制装置的声发射接收开关准备开始测试。操作人员用手轻轻地旋转转动手柄5，丝杠4带动滑块6慢慢地向下移动，连接在滑块6底部的压力传感器7便带动声发射球压压头10向被测构件加载。在加载过程中，控制装置同时记录并显示每个时刻的载荷值，加载直至控制装置接收到被测构件表面产生微裂纹时发出的声讯号，便停止加载。此时控制装置显示的载荷值便是临界载荷值，可以将此时刻的载荷值作出标记并保存起来，以备以后的查询计算使用。

Claims (14)

1、一种玻璃无损在线检测装置，其特征在于：它包括一底座，所述底座底部设置有三个吸盘，所述底座一侧顶部设置一支架，所述支架上垂向穿设一丝杠，所述丝杠顶部设置一转动手柄，所述丝杠中部连接一通过螺纹与其配合的滑块，在所述滑块底部固定连接一压力传感器，所述压力传感器的底部连接一声发射球压压头，所述压力传感器和声发射球压压头分别通过一导线连接压力接收显示和声发射接收控制装置；所述声发射球压压头包括一压头、一声发射传感器、一联结块、一护套和一端盖，所述联结块的顶部一体设置一连接所述压力传感器的圆柱，所述联结块底部设置一螺杆，所述螺杆顶部通过一螺套固定一压球，所述联结块的一端设置一组螺孔，所述护套和端盖的端部与所述联结块对应分别设置一组通孔，所述声发射传感器放置在所述护套内，所述端盖盖设在所述护套的开口端，通过螺钉将所述端盖、护套和联结块连接成一体。
2、如权利要求1所述的一种玻璃无损在线检测装置，其特征在于：所述声发射传感器与所述联结块接触的一端涂设有油脂，与所述端盖接触的一端设置有弹性垫。
3、如权利要求1所述的一种玻璃无损在线检测装置，其特征在于：所述螺杆上的螺套为一组多个，所述压球也为不同直径的多个，每个所述螺套与所述螺杆的连接部位相同，每个螺套露出所述压球的出口直径与相应的所述压球直径对应。
4、如权利要求2所述的一种玻璃无损在线检测装置，其特征在于：所述螺杆上的螺套为一组多个，所述压球也为不同直径的多个，每个所述螺套与所述螺杆的连接部位相同，每个螺套露出所述压球的出口直径与相应的所述压球直径对应。
5、如权利要求1或2或3或4所述的一种玻璃无损在线检测装置，其特征在于：所述滑块与所述支架之间对应设置具有导向作用的滑轨和滑槽。
6、如权利要求1或2或3或4所述的一种玻璃无损在线检测装置，其特征在于：所述丝杠采用梯形螺纹。
7、如权利要求5所述的一种玻璃无损在线检测装置，其特征在于：所述丝杠采用梯形螺纹。
8、如权利要求1或2或3或4或7所述的一种玻璃无损在线检测装置，其特征在于：所述压力接收显示和声发射接收控制装置设置在一个盒体内。
9、如权利要求5所述的一种玻璃无损在线检测装置，其特征在于：所述压力接收显示和声发射接收控制装置设置在一个盒体内。
10、如权利要求6所述的一种玻璃无损在线检测装置，其特征在于：所述压力接收显示和声发射接收控制装置设置在一个盒体内。
11、如权利要求1或2或3或4或7或9或10所述的一种玻璃无损在线检测装置，其特征在于：所述压球采用3～10mm的陶瓷轴承球或碳化钨球中的一种。
12、如权利要求5所述的一种玻璃无损在线检测装置，其特征在于：所述压球采用3～10mm的陶瓷轴承球或碳化钨球中的一种。
13、如权利要求6所述的一种玻璃无损在线检测装置，其特征在于：所述压球采用3～10mm的陶瓷轴承球或碳化钨球中的一种。
14、如权利要求8所述的一种玻璃无损在线检测装置，其特征在于：所述压球采用3～10mm的陶瓷轴承球或碳化钨球中的一种。
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