專利名稱：一種光電復(fù)合測(cè)力方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光電復(fù)合測(cè)力方法，屬于測(cè)力技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
對(duì)于一些大型設(shè)備或者一些高精度的設(shè)備，當(dāng)想了解這些設(shè)備上的作用載荷而在這些設(shè)備上又沒(méi)有預(yù)設(shè)載荷顯示儀器或儀表同時(shí)又當(dāng)這些設(shè)備不允許安裝現(xiàn)成的傳感器或裝置時(shí)，達(dá)到測(cè)量目標(biāo)是十分困難的。例如一些傳統(tǒng)的大型軋鋼機(jī)，軋制力噸位都在千噸左右，對(duì)這種軋機(jī)進(jìn)行軋制力測(cè)試要加工一個(gè)大型的壓頭，由于尺寸很大，除了加工制作費(fèi)昂貴，問(wèn)題還在于對(duì)這種壓頭的標(biāo)定很難找到大噸位的試驗(yàn)機(jī)。另一個(gè)典型問(wèn)題，如2030冷連軋機(jī)線上的鋼板剪切機(jī)，為了選擇相匹配的電機(jī)，在設(shè)計(jì)時(shí)需要了解剪切力，而這種剪切機(jī)結(jié)構(gòu)不但緊湊，而且為曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，在設(shè)備上不可能安放置任何形式的傳感器。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決工程測(cè)量中，在設(shè)備上不可能安裝放置任何形式的傳感器的測(cè)力問(wèn)題，本發(fā)明提出一種光電復(fù)合測(cè)力方法及系統(tǒng)。
本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣來(lái)實(shí)現(xiàn)的，其方法步驟為
1、在需測(cè)的機(jī)械設(shè)備上取關(guān)鍵零件為對(duì)象，加工成光彈性模型，對(duì)模型施加作用在機(jī)械設(shè)備上的相似力，獲得相似測(cè)點(diǎn)處的零件的形狀系數(shù)Φ=E2(1+μ)KLKTPMNσO]]>E-零件的彈性摸量；μ-零件的泊松比KL-零件與光彈性模型的形狀比；KT-零件與光彈性模型的厚度比；PM-相似力；N-光彈性模型的條紋級(jí)數(shù)；σo-應(yīng)力條紋值；2、制作一小薄片，其材質(zhì)同機(jī)械設(shè)備關(guān)鍵另件的材質(zhì)，在小薄片上粘貼精選的電阻應(yīng)變片，組成測(cè)量電橋，接上輸入輸出信號(hào)線；3、將小薄片進(jìn)行標(biāo)定，獲得標(biāo)定系數(shù) 然后用膠水(或環(huán)氧樹(shù)脂)將小薄片粘貼到關(guān)鍵機(jī)械零件的測(cè)點(diǎn)處；4、通過(guò)關(guān)鍵機(jī)械零件上小薄片上的電阻應(yīng)變片，測(cè)得設(shè)備工作時(shí)的應(yīng)變值ε；5、由形狀系數(shù)Φ和應(yīng)變值ε在乘法器中相乘即P＝Φ×ε，完成機(jī)械力的測(cè)試。
其工作原理是由在小薄片上的電阻應(yīng)變片組成測(cè)量電橋，如圖1所示，設(shè)各橋臂滿足R1＝R2＝R3＝R4，則讀數(shù)應(yīng)變有ε＝2(ε1+ε2)；如測(cè)點(diǎn)處在一點(diǎn)應(yīng)力狀態(tài)，引入廣義虎克定律有ϵ=2(1+μ)E(σ1+σ2);]]>應(yīng)用光彈性理論，其主應(yīng)力差線的數(shù)學(xué)表達(dá)式為σ1M-σ2M=Nσo;]]>依照相似理論有Kσ=KpKLKT,]]>于是有σ1-σ2=KpKLKTNσO]]>和ϵ=2(1+μ)EKpKLKTNσO,]]>故P=E2(1+μ)KLKTPMNσOϵ,]]>則P＝Φ×ε，零件形狀系數(shù)為Φ=E2+(1+μ)KLKTPMNσO.]]>本方法是一種極為有用的測(cè)力方法，即對(duì)一些超量級(jí)的載荷實(shí)測(cè)，無(wú)需要去加工一個(gè)昂貴的壓力傳感器，從而更無(wú)需有標(biāo)定的煩腦。有了光電復(fù)合法，只要在現(xiàn)場(chǎng)的受力構(gòu)件上能測(cè)取ε，就可以直接獲得工作載荷。這種測(cè)量既迅速準(zhǔn)確，又省時(shí)省錢。


圖1為小薄片上粘貼的全橋應(yīng)變貼片示意圖；圖2為依依據(jù)本方法制成的儀器邏輯設(shè)計(jì)框圖。
具體實(shí)施例方式
以2030寶鋼冷軋廠2030熱軋酸連洗生產(chǎn)線上2030新酸洗平整機(jī)組為例。在新酸洗平整機(jī)組安裝后，經(jīng)無(wú)損探傷發(fā)現(xiàn)平整機(jī)機(jī)架上存在鑄造缺陷。由于這樣缺陷的存在，使得2030新酸洗平整機(jī)的實(shí)際工作載荷(即軋制力)要比額定載荷小得多，影響了生產(chǎn)產(chǎn)量和進(jìn)度。為了對(duì)2030平整機(jī)機(jī)架作出力性評(píng)價(jià)，首先要知道該平整機(jī)的實(shí)際工作軋制力。由于在機(jī)架上無(wú)法安裝傳統(tǒng)的傳感器，為此，采用本方法-光電復(fù)合測(cè)力方法。按1∶25比例加工光彈性機(jī)架模型，通過(guò)光彈性分析，找出最佳小薄片的位置，即找到零件受力應(yīng)力梯度變化不大的部位，如機(jī)架立柱；制作一小薄片，其材質(zhì)和機(jī)架立柱相同，為40G，其尺寸長(zhǎng)×寬×厚為25×1.2×100(mm)，確定Φ＝12.636×109；在小薄片上粘貼精選的電阻應(yīng)變片，組成測(cè)量電橋，對(duì)小薄片進(jìn)行標(biāo)定，獲得標(biāo)定系數(shù) 然后用502膠水(或環(huán)氧樹(shù)脂)將小薄片粘貼到機(jī)架立柱的測(cè)點(diǎn)處；測(cè)得設(shè)備工作時(shí)的應(yīng)變值ε；如圖2所示，ε輸入信號(hào)經(jīng)放大、A/D轉(zhuǎn)換、乘法器、比較放大、放大驅(qū)動(dòng)器后進(jìn)入電腦乘法器與由上述所確定的Φ相乘得到軋制力P測(cè)＝2500KN，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)得的軋制力P實(shí)＝2520KN。兩者誤差只有0.8％。而該實(shí)際軋制力僅占額定軋制力的25％，所以如果2030平整機(jī)機(jī)架不存在損傷情況，則機(jī)架的軋制潛力是很大的。而后又經(jīng)過(guò)斷裂力學(xué)分析和有限元計(jì)算等，結(jié)論是此機(jī)架的缺陷不影響機(jī)架的強(qiáng)度，該軋機(jī)的軋制力可提高到額定的軋制力，從而提高產(chǎn)量，為此得到廠方的認(rèn)可與好評(píng)。
權(quán)利要求
1.一種光電復(fù)合測(cè)力方法，特征在于，其步驟為1)在需測(cè)的機(jī)械設(shè)備上取關(guān)鍵零件為對(duì)象，加工成光彈性模型，對(duì)模型施加作用在機(jī)械設(shè)備上的相似力，獲得相似測(cè)點(diǎn)處的零件的形狀系數(shù)Φ=E2(1+μ)KLKTPMNσO]]>E-零件的彈性摸量；μ-零件的泊松比KL-零件與光彈性模型的形狀比；KT-零件與光彈性模型的厚度比；PM-相似力；N-光彈性模型的條紋級(jí)數(shù)；σo-應(yīng)力條紋值；2)制作一小薄片，其材質(zhì)同機(jī)械設(shè)備關(guān)鍵另件的材質(zhì)，在小薄片上粘貼精選的電阻應(yīng)變片，組成測(cè)量電橋，接上輸入輸出信號(hào)線；3)將小薄片進(jìn)行標(biāo)定，獲得標(biāo)定系數(shù) 然后用膠水(或環(huán)氧樹(shù)脂)將小薄片粘貼到關(guān)鍵機(jī)械零件的測(cè)點(diǎn)處；4)通過(guò)關(guān)鍵機(jī)械零件上小薄片上的電阻應(yīng)變片，測(cè)得設(shè)備工作時(shí)的應(yīng)變值ε；5)由形狀系數(shù)Φ和應(yīng)變值ε在乘法器中相乘即P＝Φ×ε，完成機(jī)械力的測(cè)量。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種光電復(fù)合測(cè)力方法，其步驟為在需測(cè)的機(jī)械設(shè)備上取關(guān)鍵零件，加工成光彈性模型，對(duì)模型施加作用與機(jī)械設(shè)備上的相似力，獲得形狀系數(shù)φ=［E/2(1+μ)］×［K
文檔編號(hào)G01L1/20GK1529140SQ0315122
公開(kāi)日2004年9月15日 申請(qǐng)日期2003年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月27日
發(fā)明者瞿志豪, 張杏耀, 郁建偉 申請(qǐng)人:上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院