一种霍普金森压杆轴的倾斜标定新装置

1.本发明公开了一种霍普金森压杆轴的倾斜标定新装置，属于材料动态力学性能测试领域，特别适用于霍普金森压杆测试装置的轴对中倾斜角的调整。


背景技术：

2.在工程实际运用中，各类零件在装配时会有安装精度要求，如许多轴类零件会要求具有良好的对中性，保证轴类零件的中心线位于同一直线上。若该类零件未满足此类要求，则可能会造成机器振动加剧、磨损加快，甚至引起设备故障等。因此，在工程实际运用中，调整轴类零件使其满足对中要求是很有必要的。霍普金森压杆实验装置是用于测试各类材料在动态加载高应变速率变形条件下的力学行为及微观组织响应的实验装置。实验装置可分为机械部分和测量部分，其中机械部分包括发射装置、撞击杆、入射杆、投射杆和能量吸收器等组成，测量部分由动态应变仪、数字示波器、红外线测速仪和数据处理系统等组成，另外在入射杆和投射杆的中间分别贴有应变片并与示波器相连。在实验时，发射装置驱动撞击杆与入射杆相撞，入射杆将产生的应力波通过试件传播到投射杆，应变片记录下入射波、反射波和透射波的信号，通过动态应变仪传输到波形存储器，最终存入计算机进行数据处理。在此过程中，为确保实验数据的准确性，避免产生较大的误差或者错误，与此同时，改善压杆端面受力状况，避免应力集中而导致端面损坏，需要保证霍普金森压杆实验装置各个压杆在实验时始终处于同一直线上。
3.现阶段霍普金森压杆实验装置调整压杆倾斜主要是通过在试验前通过人为观察使用扳手等调节各个支座高度进行初步调齐，而后通过进行多次预撞击实验，依据撞击数据作细调以确保各个压杆处于同一直线。该类装置过程复杂、耗时较长，调整后的结果也存在较大的人为误差，对中性难以得到保证。本发明公开了一种霍普金森压杆轴的倾斜标定新装置，可以改善原有装置步骤复杂、耗时较长的缺点，同时不需要添加大量的测量仪器等设备，步骤简单且成本较低，可以实现依据给定的轴倾斜精度的标定及调整。


技术实现要素：

4.本发明公开一种霍普金森压杆轴的倾斜标定新装置，该装置弥补了现有霍普金森压杆装置在对中时的不足，本装置使用ccd成像装置获取激光仪发射的激光束成像点确定调节参数，可实现对霍普金森压杆调节步骤的简单化、节约时间与成本、极大降低对人工及经验的依赖并显著提高调节精度。
5.本发明改进的基本思想是：在撞击杆支座安装一个激光仪，入射杆和投射杆安装支座上安装一个设计的测光通道，激光仪发射的激光束通过两个测光通道后成像于最末端支座上安装的ccd成像装置，依据ccd成像装置读取的数据，计算两轴实际存在的偏差后实现各个支座位置的精准调节。其中，设计的测光通道为两个圆柱形管道通过螺纹组装而成，靠近ccd 成像装置的一端有一个半径为r，其圆心为激光仪端发射激光束的水平对应点，圆柱形管道螺纹可以自主调节改变长度，因此可通过调整螺纹改变测光通道的长度，实现精
度的调节测量。 ccd成像装置是一种现今被广泛运用的电光学装置，它可以精准测量激光点所在的位置并传递给计算机。
6.为实现霍普金森压杆轴的倾斜标定，本发明采用以下技术方案：
7.一种霍普金森压杆轴的倾斜标定新装置，由发射部件、实验部件和测量部件三部分组成。
8.第一部分是发射部件，包括撞击杆(1)和撞击杆支座(2)。撞击杆支座(2)上开有一孔可用于安装撞击杆(1)，撞击杆支座(2)固定于霍普金森实验装置台上。实验时，气压装置产生一个气压推动撞击杆(1)。
9.第二部分是实验部件，包括入射杆(5)、投射杆(7)、ccd成像装置支座(9)、测光通道支座a(10)、普通支座(11)和测光通道支座b(12)。其中，ccd成像装置支座(9)、测光通道支座 a(10)和测光通道支座b(12)为普通支座(11)改装而成，其顶部留有安装位置安装相应的装置。普通支座(11)包括第一支座(13)、第二支座(14)、蝶形螺栓(15)、水平调节座(16)、杆件安装座 (17)、调节螺栓(18)和若干固定螺丝；以第一支座(13)为基准，所述第二支座(14)内侧有燕尾槽与第一支座(13)相关结构配合组成导轨，并通过定位螺丝安装于第一支座(13)上，同时第二支座(14)通孔比螺栓稍大，可确保通过第一支座(13)上的调节螺栓(18)调整第二支座(14)的高度；所述水平调节座(16)通过燕尾槽与第二支座(14)顶部配合组成导轨，通过两侧的蝶形螺栓 (15)调节装置的水平位置。以上四个支座安装于霍普金森压杆实验装置，普通支座(11)和测光通道b 12用于安装入射杆(5)，测光通道支座a(10)和ccd成像装置支座(9)用于安装投射杆(7)。其中，调节螺栓(18)、蝶形螺栓(15)结构带有自锁功能，确保ccd成像装置支座(9)、测光通道支座a(10)、普通支座(11)和测光通道支座b(12)调节后固定于调节位置，并且二者都有刻度标识，确保得到调节数据可以准确调整压杆位置。
10.第三部分是测量部件，包括激光仪(3)、测光通道(4)和ccd成像装置(8)。其中，激光仪(3) 安装于撞击杆支座(2)。测光通道(4)由测光管a(4.1)和测光管b(4.2)两部分通过螺纹组成，可通过调节螺纹来改变测光通道(4)的长度，测光通道(4)上标有刻度，可读取测光通道(4)长度，该结构安装于杆件安装座(17)上，并安装于测光通道支座a(10)和测光通道支座b(12)。ccd 成像装置(8)安装于杆件安装座(17)并固定于ccd成像装置支座(9)上。
11.本发明的测量原理是：
12.第一步进行测量预校准。安装好霍普金森压杆实验装置后对入射杆(5)、投射7杆进行初步预调平，调整ccd成像装置支座(9)、测光通道支座a(10)、普通支座(11)和测光通道支座 b(12)的调节螺栓(18)与蝶形螺栓(15)，降低入射杆(5)、投射杆(7)的倾斜偏差，并确保激光仪(3) 发射的激光束能顺利射入测光通道(4)并成像于ccd成像装置(8)。
13.第二步是获取测量数据。依据测量精度调整两个测光通道(4)的长度，开启激光仪(3)后，激光束射入第一个测光通道(4)后从测光通道(4)开的小圆孔射出，然后射入第二个测光通道(4) 并由该通道的小圆孔射出后成像于ccd成像装置(8)，ccd成像装置(8)记录成像位置并采集数据，将采集到的数据转化为信号，传输该信号至计算机并与预定义的成像原点对比。
14.第三步是计算并修正偏差。计算机依据收到的信号得出偏差量值(δx，δy)，当存在偏差时计算入射杆(5)、投射杆(7)各自需要调整的数据，依据调整数据调整对应的ccd成
像装置支座(9)、测光通道支座a(10)、普通支座(11)和测光通道支座b(12)，再次开启激光仪(3)记录并本次激光束成像点，将信号传输给计算机验算后，再进行偏差修正的程序。
15.本发明具有以下优点：
16.a)本装置极大的简化了测量与校准的步骤，与传统装置相比，本装置无需多次进行预碰撞实验，极大的节省了时间与精力，提高了测量效率。
17.b)本装置只需要一个激光仪和一个ccd成像装置，减少了测量时所需要的测量元件，降低了本装置的成本，同时，本装置还兼顾了快速测量并获取准确数据的特点，克服了传统装置中存在的主观误差的缺点。
18.c)本装置在测量与校准轴对中问题时，可以实现对于测量精度的调节，其适用范围更广，对于一些需要调整测量精度的环境可以实现有效测量。
附图说明
19.图1为霍普金森压杆轴倾斜标定新装置图
20.图2为本发明的支座图
21.图3为本发明的测光通道图
22.图4为ccd成像装置测量图
23.图中，1-撞击杆，2-撞击杆支座，3-激光仪，4.1-测光管a，4.2-测光管b，5-入射杆，6
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试件，7-投射杆，8-ccd成像装置，9-ccd成像装置支座，10-测光通道支座a，11-普通支座和12-测光通道支座b，13-第一支座，14-第二支座，15-蝶形螺栓，16-水平调节座，17-杆件安装座，18-调节螺栓。
具体实施方式
24.下面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、完整的描述。
25.如图1所示是一种霍普金森压杆轴的倾斜标定新装置，该装置的具体实施步骤如下：
26.t1：进行测量预校准；安装好霍普金森压杆实验装置后对入射杆(5)、投射杆(7)进行初步预调平，调整ccd成像装置支座(9)、测光通道支座a(10)、普通支座(11)和测光通道支座b(12)的调节螺栓(18)与蝶形螺栓(15)，降低入射杆(5)、投射杆(7)的倾斜偏差，并确保激光仪(3)发射的激光束能顺利射入测光通道(4)并成像于ccd成像装置(8)；
27.霍普金森压杆轴倾斜标定新装置的普通支座(11)如图2所示，其余各支座也是由该支座为基础制成。该装置的第二支座(14)安装于第一支座(13)上，并可使用第一支座(13)内部的调节螺栓(18)调整第二支座(14)的竖直方向的位置，水平调节座(16) 安装于第二支座(14)顶部，两侧各有一个蝶形螺栓(15)，用于调节水平调节座(16)的水平方向的位置，杆件安装座(17)通过固定螺丝安装于水平调节座(16)顶部，杆件安装座(17)安装好霍普金森压杆后可通过调节调节螺栓(18)和蝶形螺栓(15)调整霍普金森压杆的位置及倾斜度；
28.测光通道(4)如图3所示，该结构由测光管a(4.1)和测光管b(4.2)组成，测光管a(4.1)外壁和测光管b(4.2)内壁有螺纹，可以用螺纹连接实现组装，测量时可以通过螺纹调
节测光通道长度实现精度调节。测光管a(4.1)一侧为小孔，测光管b(4.2) 一侧有半径为r的小圆可以实现激光的射入与射出；
29.t2：获取测量数据；依据测量精度调整两个测光通道(4)的长度，开启激光仪(3)后，激光仪(3)发出的激光束射入第一个测光通道(4)后从测光通道(4)开的小圆孔射出，然后射入第二个测光通道(4)并由该通道的小圆孔射出后成像于ccd成像装置(8)，ccd 成像装置(8)记录成像位置并采集图像信号，并将采集到的图像信号转化为数据信号后，传输该信号至计算机并与预定义的成像原点对比；
30.ccd成像装置测量如图4所示，ccd成像装置是一种现今被广泛运用的电光学装置，它可以精准测量激光点所在的位置并传递给计算机。图中，当成像点与基准点存在偏差时，ccd成像装置会将图像信号转化为数字信号，传回计算机后，计算出偏差值(δx，δy)，再与已知数据结合进行计算，得出对应霍普金森压杆支座的调整数据并输出至显示器；
31.t3：计算并调整偏差；计算机依据收到的信号得出实际存在偏差，并依据偏差计算入射杆(5)、投射杆(7)各自需要调整的数据，依据调整数据调整对应的ccd成像装置支座(9)、测光通道支座a(10)、普通支座(11)和测光通道支座b(12)，再次开启激光仪(3) 记录并本次激光束成像点，将信号传输给计算机后验证此次调节是否满足要求。