材料试验机位移量的校准方法技术

本发明专利技术公开了一种检测材料试验机位移量的方法。所述方法是利用激光跟踪仪设备，通过测量获取材料试验机活塞及结构上的几何元素，建立激光跟踪仪的指定坐标轴与活塞线方向一致的测量坐标系，在测量坐标系下，激光跟踪仪测量材料试验机上预置观测点的坐标值做为标准量，材料试验机控制系统提供的位移量做为示值，依据多次循环测量值，解算材料试验机的位移示值相对误差、几何同轴度、位移线性度、位移重复性、位移回程误差等几何量误差检测结果。本发明专利技术实施例具有：方法简单，数字化程度高，数据准确可靠，通用性强的技术效果。

Calibration method of displacement of material testing machine

【技术实现步骤摘要】
材料试验机位移量的校准方法
本专利技术涉及几何量测试
，具体涉及检测材料试验机位移量的方法。
技术介绍
航空装备研制中需要做大量材料性能试验，使用着各种拉压力试验机及材料试验机。随着现代科技发展，试验机上使用了大量传感器，其中包括线位移传感器，这类传感器固化在试验机上，无法拆下独立校准，因此需要采取现场综合检测的方法，以完成位移项目检测。由于材料试验机位移量的准确性对试验结果具有一定影响，因此，国家新颁布的JJG139-2014《拉力、压力和材料试验机》检定规程在旧版本基础上新增了位移检定要求。然而新规程上的测量方法比较陈旧，检测器具仍采用高度尺、钢板尺、指示表等，停留在模拟量测量水平，测量准确度低，与科研需要和当今数字化检测技术发展不相适应，有必要创新检测方法。激光跟踪仪是一种便携式数字化三坐标测量设备，在航空科研领域应用较普遍，可以做为现场检测的计量标准器。目前，未见使用激光跟踪仪检测或校准试验机位移量的公开报导，本专利技术源自专利技术者的工程实践。与现有技术比较及查新所得：现有方法一：生产厂家依据国家相关校准规范，采用吊重锤、数显卡尺、高度尺、百分表等测量方法。此类方法测量准确度低、位移范围小、不能自动采集数据、仅考虑局部测量范围的评价，没有建立整体唯一基准和整体评价的意识；多次测量循环测量劳动强度大；加载时人工接触测量，危险性大。现有方法二：部分校准人员采用光电编码器、光栅尺等专用检定装置。专用检定装置的固定复杂，且专用检定装置需要周期校准，国家没有相应规程/规范，量值溯源存在不可靠性。现有方法三：《上海计量测试》2012年04期，作者：范海艇、沈琪论文《用便携式三坐标测量臂实现电子式材料试验机横梁位移误差检定的方法》，该论文采用测量范围为1200mm，最大允许度误差为(5+8L/1000)μm(L单位：m)的便携式三坐标测量臂。因为是使用测头接触式测量，对人员技术要求较高，加载时测量危险性大。受测量臂臂长限制，横梁升降较高时实施难度大。论文中描述“生成两个平面，两次生成的平面之间的距离值作为标准值”，需要指出的是，这种方法的问题1在于：关节臂测量范围有限，通用性差，问题2在于：生成的两平面并非绝对平行，不平行的两平面间没有距离可言。现有方法四：几何量测试
技术人员，通常会想到采用激光干涉仪测量位移。本专利技术人通过试验，证实该方法基本不可行。材料试验机的驱动活塞，在上下运动的同时存在水平扭摆，激光干涉仪发出的激光束随着观测点的偏移脱离反射镜，无法测量，除非反射镜存在于活塞工作台的绝对中心，或活塞工作台绝对无扭摆。本专利技术采用便携式数字化几何测量设备——激光跟踪仪。激光跟踪仪具的优势在于：测量范围大；准确度高；其综合精度：±(15μm/m+6μm/m)；同时具有跟踪测量能力，横向跟踪速度＞4m/s；径向跟踪速度＞6m/s；横向加速度＞2g；纵向加速度无限大，可实现靶标的实时跟踪测量，克服了使用激光干涉仪时“丢光”的弊端；激光跟踪仪可建立直角坐标系，提高了测量的准确度和三坐标方向上偏移的直观性；采用激光跟踪仪测量，具有同一坐标系，使材料试验机检测方法有了同一基准的整体评价意识；激光跟踪仪靶标球直径仅0.5英寸，方便固定在活塞或检验试样上，不需要人工近距离测量读数，可实现加载状态下的安全测量。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是提供一种方法简单，数字化程度高，数据准确可靠，通用性强的检测材料试验机位移量的方法。本专利技术的目的是提供一种检测材料试验机位移量的方法，以解决现有技术背景中存在的至少一处的问题。本专利技术的技术方案是：提供了一种检测材料试验机位移量的方法。如图1、图2所示，实现检测材料试验机位移量的方法是：据实施例得到步骤S10：在材料试验机的拉伸试验夹持装置下夹头中心，夹持定位一个激光跟踪仪测量用靶标座，作为观测点1；在材料试验机的运动工作台上表面或检验试样上固定第二个靶标座，作为观测点2；当有移动横梁时，则在移动部件上固定第三个靶标座，作为观测点3；固定的方法不限于粘贴、磁力吸附、夹持等；据实施例得到步骤S20：第一方面是直接测量法：用激光跟踪仪直接测量观测点，得到点元素坐标；第二方面是间接构建法：用激光跟踪仪测量活塞表面，或测量“V”型块辅助检具的水平、铅垂棱边，用测量软件构建活塞线、轴线平行线、轴线垂线，得到线元素；当有移动横梁时，构建必要的线元素；据实施例得到步骤S30：使用激光跟踪仪测量软件，将权利要求3.2所述的活塞线或活塞线平行线定为测量坐标系主轴(如：Z轴)，将权利要求3.2所述的轴线垂线定为第二轴(如：X轴)，权利要求3.1所述的观测点1定为原点O，第三轴(如：Y轴)自动生成；测量坐标系通过水平旋转、平移达到理想方位；据实施例得到步骤S40：第一方面，空载条件下测量方法包括：在材料试验机的拉伸试验夹持装置上受力中心夹持定位一个标准球辅助检具，在权利要求4建立的测量坐标系下，使用激光跟踪仪测量球体表面5个以上点坐标；用测量软件构建得到球心坐标Ph(xh,yh,zh)；辅助检具不限于标准球、标准杆、能够定中心的靶标座等；在测量坐标系下，使用激光跟踪仪测量观测点1，记录活塞位移起始点坐标值P0(x0,y0,z0)，由控制系统以每10％的位移范围驱动活塞，依次测量记录至位移范围上限，得到正行程坐标值Pi(xi,yi,zi)、反行程坐标值Pi′(x′i,y′i,z′i)，正反行程为一个测量循环，共测量三个循环；第二方面，载荷条件下测量方法包括：在材料试验机[A1]上装夹检验试样，施加载荷，在测量坐标系下，使用激光跟踪仪[A0]测量观测点2，通过测量软件设置不同的测量模式，以等步长静态测量，或以等步长、等时间为间隔动态跟踪测量，记录观测点2的空间点坐标或轨迹点坐标，记作正行程坐标值Pi(xi,yi,zi)、反行程坐标值Pi′(x′i,y′i,z′i)，正反行程为一个测量循环，测量不少于三个循环；当有横梁时，以同样方法测量观测点3；据实施例得到步骤S50：依据多轮次循环测量结果，采用计算法或做图法解算几何误差,包括位移示值相对误差、几何同轴度、位移线性度、位移重复性、位移回程误差：第一方面，位移示值相对误差解算方法为：空载条件下，测量坐标系下，材料试验机控制系统的位移示值与激光跟踪仪测量的位移标准量在指定坐标轴上的差值，以指定轴标准位移范围的百分数计。zi—材料试验机位移示值；z0—激光跟踪仪测量的位移标准量；ZFS—标准位移范围；第二方面，几何同轴度,解算方法为：空载条件，测量坐标系下，以标准位移范围为评定长度，用拉伸试验夹持装置上下夹头中心的水平偏移量表示，偏移量为柱形公差带的直径。xh—测量坐标系下，上夹头中心x坐标；yh—测量坐标系下，上夹头中心y坐标；x0—测量坐标系下，坐标原点x坐标；y0—测量坐标系下，坐标原点y坐标；第三方面，位移线性度,解算方法为：由多本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种材料试验机位移量的校准方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS10：在材料试验机(A1)上预置多个观测点；/nS20：获取材料试验机(A1)上的几何元素；/nS30：建立激光跟踪仪(A0)指定坐标轴与活塞轴线方向一致的测量坐标系；/nS40：在建立的测量坐标系下，测量多个观测点的三坐标值；/nS50：根据三坐标值，解算材料试验机的位移量的几何误差。/n

【技术特征摘要】
1.一种材料试验机位移量的校准方法，其特征在于，包括以下步骤：
S10：在材料试验机(A1)上预置多个观测点；
S20：获取材料试验机(A1)上的几何元素；
S30：建立激光跟踪仪(A0)指定坐标轴与活塞轴线方向一致的测量坐标系；
S40：在建立的测量坐标系下，测量多个观测点的三坐标值；
S50：根据三坐标值，解算材料试验机的位移量的几何误差。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其中：
材料试验机(A1)是以一台外形高度为2m、位移行程200mm、轴向液压加载型的MTS810全数字控制系统的材料试验机。


3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述检测材料试验机包括：活塞(1)、工作台(2)、拉伸试验夹持装置(3)、靶标座(4)、靶标(5)、标准球(6)、V型块辅助检具(7)和底座(8)，其中：
底座(8)上设置有活塞(1)；
活塞(1)的侧壁靠有V型块辅助检具(7)；
活塞(1)上连接有工作台(2)；
可开合的拉伸试验夹持装置(3)设置在工作台(2)上；
拉伸试验夹持装置(3)用于夹持靶标座(4)；
靶标座(4)用于支撑有标准球(6)。


4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S10包括：
在材料试验机的拉伸试验夹持装置下夹头中心，固定一个激光跟踪仪测量用靶标座，作为观测点1；
在材料试验机运动工作台平面中心附近或检验试样上固定第二个靶标座，作为观测点2；
当有移动横梁时，则在横梁的移动部件上固定第三个靶标座，作为观测点3。


5.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：王海英，解岩，薛战军，宋一罡，
申请(专利权)人：中国航空工业集团公司西安飞机设计研究所，
类型：发明
国别省市：陕西;61