阅读说明：本技术 一种轴向疲劳试验机同轴度光学检测方法 (Optical detection method for coaxiality of axial fatigue testing machine ) 是由 李柏君 陈海龙 王军 金光宇 张康 于 2021-08-11 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种轴向疲劳试验机同轴度光学检测方法,在同轴度测试试样的平行段待测量区域喷涂油漆散斑,用光学应变测试系统拍摄并对比分析试样装载后的试样表面散斑照片,计算出试样加载前后试样表面垂直于参考零线的截线上的点的弹性变形；获得不同角度的拍摄照片；采用控制器分析前后照片的散斑变化,生成试验表面的应变分布,设置垂直于同轴度试样中轴线的参考零线,将测试所得照片按照参考零线设置应变值等于零,通过测量垂直于参考零线的截线上的点的主应变,获得试样测量区域内的主应变分布,观测不同角度截线上的点的主应变值计算同轴度；本发明采用油漆散斑作为应变参考点,测量过程操作简单,经济实用,避免了操作人员人为误差。(The invention discloses an optical detection method for coaxiality of an axial fatigue testing machine, which comprises the steps of spraying paint speckles in an area to be measured in a parallel section of a coaxiality test sample, shooting and comparing and analyzing a sample surface speckle picture after the sample is loaded by using an optical strain test system, and calculating elastic deformation of points on a section line of the sample surface perpendicular to a reference zero line before and after the sample is loaded; obtaining shot pictures at different angles; analyzing speckle changes of the front and rear photos by adopting a controller to generate strain distribution of a test surface, setting a reference zero line perpendicular to a central axis of a coaxiality sample, setting a strain value of the photo obtained by testing to be equal to zero according to the reference zero line, obtaining main strain distribution in a sample measurement area by measuring main strain of points on transversal lines perpendicular to the reference zero line, and observing main strain values of points on transversal lines with different angles to calculate coaxiality; the invention adopts the paint speckles as the strain reference points, has simple operation in the measuring process, is economical and practical, and avoids the human error of operators.)

一种轴向疲劳试验机同轴度光学检测方法

技术领域

本发明涉及试样检测技术领域，具体涉及一种轴向疲劳试验机同轴度光学检测方法。

背景技术

轴向疲劳试验机检定时需要对同轴度进行检定，目前采用粘贴电阻应变片的同轴度测试仪进行检定，同轴度校准试样与被检测试样具有类似的几何形状。同轴度校准试样采用强化热处理钢，或者弹性极限高于试验机最大试验力的4％的材料制成。

目前检测方法是采用在同轴度校准试样上贴上3组电阻应变片，每4个应变片1组，采集试样表面垂直于轴线的一个平面内相对角度为0°、90°、180°、270°的4个应变值，并计算每个平面的两个垂直方向的弯曲，并计算弯曲平面同轴度。

该方式在实际测试过程中，电阻应变片的粘贴位置分布不均和角度不合理，会影响测量精度，同时该方式是通过测量电阻应变片的电信号变化间接测量同轴度校准试样表面的应变，可能会受到零漂、温漂等影响精度。电阻应变片是用粘结剂粘贴到被测件上的，粘结剂形成的胶层必须准确迅速地将被测件应变传递到敏感栅上，粘合层的物理特性会影响测试精度。另外，应变片需要引线焊接与组桥，操作比较繁琐。

本发明设计一种轴向疲劳试验机同轴度光学测试方法，可以实现同轴度光学测试，该方式通过光学相机拍摄同轴度校准试样表面，通过对比试样表面预先喷涂的散斑在施加载荷前后的变化，可以计算出应变，并采用公式计算出同轴度。测量设备和试验机以及测试试样无接触，无需应变片。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种轴向疲劳试验机同轴度光学检测方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种轴向疲劳试验机同轴度光学检测方法，包括以下步骤：

1)在测试试样的平行段待测量区域喷涂油漆散斑；

2)待油漆散斑晾干后，在测试试样平行段测量区域的上部，采用黑色记号笔绘制一条垂直于试样轴线的参考零线；

3)将测试试样夹持在轴向疲劳试验机夹头上，施加试验机最大试验力1％的拉伸力，作为预加载荷，利用双相机应变测量系统，拍摄测试试样的平行段待测量区域，并以该表面散斑照片，并作为测量分析应变的初始参考照片，施加试验力至试验机最大试验力的4％，拍摄测试试样加载后的测试试样表面散斑照片；

4)围绕试验机平移双相机应变测量系统，让控制器在测试试样表面相对角度为0°、90°、180°、270°的4个位置，采集到加载前后8幅照片；

5)分析加载前后照片的散斑变化，生成测试试样表面的应变分布，得到垂直于参考零线的截线上的点的主应变；

6)因为加载过程处于测试试样弹性变形范围内，根据胡克定律，设截线上的点到参考零线的距离为L，加载后截线上的点到参考零线的距离为L’，按照公式计算:

获得不同截线上点的主应变；

7)测试试样表面0°、180°、90°、270°的4个位置，截线上的点的主应变分别对应ε₁、ε₂、ε₃、ε₄，计算截面应变的同轴度，按照公式计算:

同轴度

8)得到截线上距离参考零线L的任意点的同轴度。

具体的是，所述步骤1)中的喷涂油漆散斑采用白色哑光油漆均匀喷涂在试样平行段表面，待油漆晾干后，再采用黑色哑光油漆形成雾状随机黑点，覆盖在试样表面，黑色哑光油漆需要充分雾化，均匀地分布在白色油漆表面。

具体的是，所述步骤2)中的参考零线的线宽位0.05mm。

具体的是，所述步骤3)中的施加试验机最大试验力的4％需满足检验中使用的最大力不应使测试试样产生塑性变形。

具体的是，所述步骤4)中的双相机应变测量系统拍摄时，确保同轴度测试试样位于双相机应变测量系统测量景深之中。

本发明具有以下有益效果：

本发明设计的轴向疲劳试验机同轴度光学检测方法

1)采用光学测量的方式，无接触，获取试样平行段测量区域的整个表面应变分布，获取试样不同截面上垂直距离在加载前后的应变变化，根据公式快速准确地计算出同轴度，对操作人员的粘贴应变片等试验准备操作经验依赖大幅减小；

2)采用油漆散斑作为应变参考点，测量过程操作简单，经济实用，避免了操作人员人为误差；

3)适用于实验室设备同轴度期间核查，以及在进行疲劳测试前，自行检查设备状态，方便快捷；

4)将应变分布图表分析和同轴度计算结合，可直观的观察到试样表面待测区域内截线上任意点的同轴度。

附图说明

图1是同轴度光学测试试样表面喷涂散斑以及绘制参考零线的示意图。

图2是测量原理示意图。

图3是不同观测角度示意图。

图4是不同截线上点的主应变示意图。

图5是截线上各点的同轴度示意图。

图中：1-双相机应变测量系统；2-控制器；3-测试试样；4-油漆散斑；5-截线；A-A-参考零线。

具体实施方式

以下将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地进一步详细的说明。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

一种轴向疲劳试验机同轴度光学检测方法的工作原理：

(1)在同轴度测试试样3的平行段待测量区域喷涂油漆散斑4，将测试试样3装夹在轴向疲劳试验机夹头上，用双相机应变测量系统1拍摄并对比分析试样装载后的试样表面油漆散斑4照片，计算出试样加载前后试样表面垂直于参考零线A-A的截线5上的点的弹性变形。

(2)围绕试验机平移双相机应变测量系统1，获得不同角度的拍摄照片。拍摄时，确保同轴度测试试样3位于双相机应变测量系统1测量景深之中。

(3)采用控制器2分析前后照片的油漆散斑4变化，生成测试试样3表面的应变分布。设置1条垂直于同轴度试样中轴线的参考零线A-A，后处理中将测试所得照片按照参考零线设置应变值等于零。通过测量垂直于参考零线的截线5上的点的主应变，获得试样测量区域内的主应变分布，根据图3观测不同角度截线5上的点的主应变值计算同轴度。

一种轴向疲劳试验机同轴度光学检测方法的工作过程：

本发明工作过程：

(1)在测试试样3的平行段待测量区域喷涂油漆散斑4，采用白色哑光油漆均匀喷涂在试样平行段表面，待油漆晾干后，再采用黑色哑光油漆形成雾状随机黑点，覆盖在试样表面。黑色哑光油漆需要充分雾化，均匀地分布在白色油漆表面。

(2)待油漆散斑4晾干后，在试样平行段测量区域的上部，采用黑色记号笔绘制一条垂直于试样轴线的参考零线，线宽0.05mm，如图2中A-A所示。

(3)将测试试样3夹持在轴向疲劳试验机夹头上。施加试验机最大试验力1％的拉伸力，作为预加载荷。利用双相机应变测量系统1，拍摄测试试样3的平行段待测量区域，并以该表面散斑照片，并作为测量分析应变的初始参考照片。施加试验力至试验机最大试验力的4％(检验中使用的最大力不应使检验试样产生塑性变形)，拍摄试样加载后的测试试样3表面散斑照片。

(4)围绕试验机平移双相机应变测量系统1，让控制器2在测试试样3表面相对角度为0°、90°、180°、270°的4个位置，采集到加载前后8幅照片。拍摄时，确保同轴度测试试样位于双相机应变测量系统1测量景深之中。

(5)分析加载前后照片的散斑变化，生成试验表面的应变分布，得到垂直于参考零线的截线5上的点的主应变。

(6)因为加载过程处于试验弹性变形范围内，根据胡克定律，设截线5上的点到参考零线的距离为L，加载后截线5上的点到参考零线A-A的距离为L’。按照公式计算：

获得不同截线5上点的主应变，截线1-观测角度0°，截线2-观测角度180°。图4：不同截线上点的主应变示意图。

(7)测试试样3表面0°、180°、90°、270°的4个位置，截线5上的点的主应变分别对应ε₁、ε₂、ε₃、ε₄，计算截面5应变的同轴度。按照公式计算:

同轴度

(8)可得截线上距离参考零线L的任意点的同轴度，如图5所示。图5：截线上各点的同轴度示意图。

本发明采用光学测量的方式，获取试样加载前后的应变变化，并采用公式计算出同轴度。采用围绕试验机平移双相机应变测量系统1的方式，实现对测试试样3表面应变的测量，无接触的获取同轴度试样的应变分析。将应变分布图表分析和同轴度计算结合，可直观的观察到试样表面待测区域内截线上任意点的同轴度，不仅限于某一个特定平面。

本发明不局限于上述实施方式，任何人应得知在本发明的启示下作出的结构变化，凡是与本发明具有相同或相近的技术方案，均落入本发明的保护范围之内。

本发明未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。