УСТАНОВКА БЕСКОНТАКТНОГО ИЗМЕРЕНИЯ ДЕФОРМАЦИИ
UNIT FOR CONTACTLESS MEASUREMENT OF DEFORMATION

Установка относится к вспомогательным приспособлениям контрольно-измерительной техники и может быть использована для повышения точности измерений деформаций при статических и повторно-статических испытаниях образцов на растяжение, сжатие и изгиб в особенности при многоосевом нагружении образца.
Известен лазерный измеритель перемещений, содержащий полупроводниковый лазер и компьютер, в котором лазер закрепляется на исследуемой балке, балка базируется на основании, а луч лазера направляется в центр вебкамеры, которая подключена через USB разъем к компьютеру с измерительной шкалой и на ней появляется отпечаток от луча лазера, расстояние от лазера до вебкамеры L, к центру исследуемой балки прилагается усилие и она деформируется, отпечаток луча лазера перемещается по шкале на величину Н и определяется угол α ее деформации, как arctg(H/L) [Заявка на изобретение №2014112163 РФ МПК G01B 11/16. Лазерный измеритель перемещений, заявл. 28.03.2014; опубл. 10.10.2015].
Недостатком известного устройства является сложность его точной установки по углу и удалению, а также погрешность измерений, связанная с деформацией силовой рамы испытательного стенда в процессе воспроизведения испытательных усилий.
Наиболее близким к заявляемому изобретению, взятому заявителем в качестве прототипа, является установка бесконтактного измерения деформации, содержащая силовую раму с элементами крепления испытываемого образца, нагружающее устройство и измерительное устройство, установленное в силовой раме и жестко связанное в верхней части с силовой рамой, при этом измерительное устройство снабжено детектирующим прибором, установленным с возможностью регулирования своего положения относительно испытываемого образца, причем нижняя часть измерительного устройства также жестко прикреплена к силовой раме. Измерительное устройство выполнено в виде вертикальной цилиндрической направляющей, при этом на вертикальной цилиндрической направляющей расположены две каретки с фиксаторами и линейными шариковыми подшипниками, запрессованными во внутренние отверстия кареток, выполненных в виде втулок с приваренными к ним фланцами, имеющих возможность вертикального перемещения вдоль оси направляющей и вращения вокруг нее, дополнительно к одной из кареток привернута плита с профильной рельсовой направляющей, соединенной винтовым соединителем, на которую установлен модуль линейного перемещения с привернутым к нему детектирующим устройством, в качестве которого использована цветная видеокамера, связанная с персональным компьютером проводом, ко второй каретке привернута плита с источником подсветки [Патент 165020, Российская Федерация, МПК G01B 7/16; 11/16. Устройство бесконтактного измерения деформации / Богданов П.В., Шутов Д.А., Иванов А.Н., Коробов Н.Н.; №2016111448/28, заявл. 28.03.2016; опубл. 27.09.2016].
Недостатком прототипа является невысокая точность измерений деформации, обусловленная тем, что измерительное устройство, выполненное в виде вертикальной цилиндрической направляющей, концы которой жестко прикреплены к силовой раме, воспринимает нагрузки от нагружающего устройства и деформируется, что отрицательно влияет на результаты измерений.
Кроме того, детектирующее устройство в данной установке сложно настроить по угловому положению, так как оно ограничено в перемещениях в пространстве, а именно имеет возможность вертикального перемещения вдоль оси направляющей и вращения вокруг нее, а также возможность горизонтального перемещения вдоль профильной рельсовой направляющей плиты.
Другим недостатком прототипа является невозможность его применения в условиях многоосевого нагружения образцов, что обусловлено его конструктивным исполнением.
Технической задачей изобретения является повышение точности измерений деформации.
Другой технической задачей изобретения является повышение точности измерений деформации в особенности при многоосевом нагружении образца, и упрощение настройки луча лазера по угловому положению.
Для достижения поставленной технической задачи в известной установке бесконтактного измерения деформации, содержащей силовую раму с элементами крепления испытываемого образца, нагружающее устройство и измерительное устройство, установленное в силовой раме и жестко связанное в верхней части с силовой рамой, при этом измерительное устройство снабжено детектирующим прибором, установленным с возможностью регулирования своего положения относительно испытываемого образца, согласно изобретению измерительное устройство выполнено в виде дополнительной рамы из тонкостенного профиля, при этом дополнительная рама прикреплена в верхней части к силовой раме в непосредственной близости от точек крепления испытываемого образца к силовой раме, причем нижняя часть дополнительной рамы расположена свободно.
В частном случае исполнения установки, согласно изобретению, детектирующий прибор выполнен в виде лазерного датчика положения, при этом лазерный датчик положения закреплен на угловой монтажной площадке, выставленной и затянутой посредством болтов в определенное угловое положение, угловая монтажная площадка прикреплена к штоку, установленному с возможностью изменения длины вылета, отрегулированному по длине вылета и затянутому клеммой, последняя установлена с возможностью поворота вокруг оси штока, выставлена в требуемое угловое положение и зафиксирована болтовым соединением к дополнительной раме из тонкостенного профиля.
В другом частном случае исполнения, согласно изобретению, установка снабжена несколькими лазерными датчиками положения.
Выполнение измерительного устройства в виде дополнительной рамы из тонкостенного профиля, прикрепленной в верхней части к силовой раме в непосредственной близости от точек крепления испытываемого образца к силовой раме, и свободное расположение нижней части дополнительной рамы позволяет в процессе воспроизведения испытательных усилий исключить деформации дополнительной рамы и, как следствие, исключить влияние деформаций силовой рамы на результаты измерения, что повышает точность измерений.
Выполнение детектирующего прибора в виде лазерного датчика положения, при этом закрепление лазерного датчика положения на угловой монтажной площадке, выставленной и затянутой посредством болтов в определенное угловое положение, прикрепление угловой монтажной площадки к штоку, установленному с возможностью изменения длины вылета, отрегулированному по длине вылета и затянутому клеммой, установка клеммы с возможностью поворота вокруг оси штока, выставление в требуемое угловое положение и фиксация болтовым соединением к дополнительной раме из тонкостенного профиля, облегчает настройку детектирующего устройства по угловому положению.
Это обусловлено тем, что детектирующее устройство, выполненное в виде лазерного датчика положения, перемещается в пространстве в следующих направлениях: осуществляет поворот лазерного датчика положения с помощью болтового соединения вокруг первой оси Y, перемещение вокруг второй оси X посредством болтового соединения клеммы, поворот клеммы вокруг третьей оси Z штока и перемещение вдоль этой оси штока.
Таким образом, детектирующее устройство имеет большее число степеней свободы по сравнению с прототипом, вследствие чего упрощается его настройка по угловому положению относительно испытываемого образца, что также способствует повышению точности измерений.
Снабжение установки несколькими лазерными датчиками положения облегчает возможность проведения испытаний при многоосевом нагружении образца.
Особенно эффект компенсации деформаций силовой рамы проявляется при многоосевом нагружении образца.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг 1 изображена заявляемая установка в разрезе, на фиг. 2 - увеличенный вид А на фиг. 1, на фиг. 3 - разрез по В-В на фиг 2.
Установка бесконтактного измерения деформации содержит силовую раму 1 с элементами крепления 2 испытываемого образца 3, нагружающее устройство, выполненное в виде гидравлического цилиндра 4 с силопередающими элементами 5, и измерительное устройство, выполненное в виде дополнительной рамы 6 из тонкостенного профиля. Дополнительная рама 6 прикреплена в верхней части 7 к силовой раме 1 в непосредственной близости от элементов крепления 2 испытываемого образца 3 к силовой раме 1. Нижняя часть 8 дополнительной рамы 6 расположена свободно. Дополнительная рама 6 снабжена детектирующим прибором, выполненным в виде лазерного датчика положения 9. Лазерный датчик положения 9 закреплен на угловой монтажной площадке 10, выставленной в определенное угловое положение и затянутой посредством болтов 11. Угловая монтажная площадка 10 прикреплена к штоку 12, установленному с возможностью изменения длины вылета и углового положения, отрегулированному по длине вылета и угловому положению и затянутому клеммой 13. Клемма 13 имеет возможность поворота и фиксации болтовым соединением 14 к раме из тонкостенного профиля 6.
Установка может быть снабжена несколькими лазерными датчиками положения 9.
Установка бесконтактного измерения деформации работает следующим образом.
Перед началом работы лазерные датчики положения 9 устанавливаются в требуемое положение по углу и вылету относительно поверхности испытываемого образца 3. При включении лазерных датчиков положения 9 первоначально измеренное значение принимается как точка отсчета. При подаче давления в гидравлический цилиндр 4 происходит деформация образца 3, одновременно с деформацией силовой рамы 1, через которую замыкается испытательное усилие. Поскольку дополнительная рама 6 прикреплена в верхней части 7 к силовой раме 1 в непосредственной близости от элементов крепления 2 испытываемого образца 3 к силовой раме 1, исключается деформация силовой рамы 1 из показаний лазерных датчиков положения 9.
Применение предложенного устройства повышает точность измерения деформации и позволяет упростить первоначальную установку лазерных датчиков по угловому положению и вылету, а также повысить точность измерения деформаций образца при одно- и многоосевом нагружении испытательными нагрузками путем нивелирования влияния деформации силовой рамы испытательного стенда.