PL219399B1

PL219399B1 - Device for non-contact measurement of elongation and the angle of torsion of structural elements

Info

Publication number: PL219399B1
Application number: PL397561A
Authority: PL
Inventors: Łukasz Derpeński; Rajmund Koniuszewski
Original assignee: Politechnika Białostocka
Priority date: 2011-12-27
Filing date: 2011-12-27
Publication date: 2015-04-30
Also published as: PL397561A1

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do bezdotykowego pomiaru wydłużenia oraz kąta skręcenia elementów konstrukcyjnych.The subject of the invention is a device for non-contact measurement of elongation and torsion angle of structural elements.

Dotychczas nie spotkano się z urządzeniem do jednoczesnego pomiaru wydłużenia i kąta skręcenia elementów w szerokim zakresie pomiarowym (Δ/ = ± 10 mm, Δρ = ± 20°).So far, no device has been encountered for the simultaneous measurement of elongation and torsion angle of elements in a wide measuring range (Δ / = ± 10 mm, Δρ = ± 20 °).

Istota rozwiązania polega na tym, że urządzenie do bezdotykowego pomiaru wydłużenia oraz kąta skręcenia elementów konstrukcyjnych zbudowane jest z dwóch niezależnie pracujących laserów. Lasery zamocowane są w dolnej części bazy pomiarowej elementu pomiarowego za pomocą jednego uchwytu, zaś drugi element w postaci krzywki (kształt spirali Archimedesa) jest zamocowany w górnej części bazy pomiarowej elementu pomiarowego.The essence of the solution lies in the fact that the device for non-contact measurement of elongation and torsion angle of structural elements is made of two independently operating lasers. The lasers are attached to the lower part of the datum of the datum with one fixture, and the other cam element (Archimedean spiral shape) is attached to the top of the datum of the datum.

Urządzenie umożliwia pomiar zmiany kąta w szerokim zakresie pomiarowym. Budowa uchwytu laserów zapewnia konieczność prostopadłego względem siebie ułożenia wiązek światła generowanych przez lasery.The device enables the measurement of angle changes in a wide measuring range. The construction of the laser holder ensures the necessity to arrange the light beams generated by the lasers perpendicular to each other.

Przedmiot wynalazku na rysunku według fig. 1 przedstawia urządzenie do pomiaru wydłużenia i kąta obrotu zamontowane na badanej próbce.The subject of the invention in the drawing according to Fig. 1 shows a device for measuring the elongation and the angle of rotation mounted on the test sample.

Urządzenie charakteryzuje się unikatowym rozwiązaniem pomiaru kąta skręcenia oraz wydłużenia bazy pomiarowej elementu mierzonego (np. próbki). Za pomocą zespołu dwóch niezależnie ze sobą pracujących czujników laserowych 1a, 1b można dokonać osobno lub jednocześnie pomiarów kąta skręcenia i wydłużenia bazy pomiarowej. Rozwiązanie konstrukcyjne pozwala wykonywać pomiary w szerokim zakresie zmiany kąta obrotu bo aż Δφ = ± 20° a wydłużenia bazy pomiarowej Δ/ = ± 10 mm. Urządzenie pomiarowe składa się z dwóch specjalnie wyprofilowanych elementów służących do montażu laserów oraz odczytu parametrów pomiarowych. Obydwa elementy są wykonane ze stopów aluminium zapewniając wystarczającą sztywność całego układu w stosunku do niewielkiego ich ciężaru. Jeden element 2 z laserami do pomiaru wydłużenia i zmiany kąta skręcenia zamocowany jest do stałej części elementu pomiarowego 3a zaś na ruchomej części elementu pomiarowego 3b w sposób zapewniający prawidłowe wykonanie pomiaru jest zamocowany drugi element (krzywka) 4.The device is characterized by a unique solution for measuring the twist angle and extending the measuring base of the measured element (e.g. a sample). By means of a set of two independently working laser sensors 1a, 1b, separate or simultaneous measurements of the torsion angle and the extension of the measurement base can be made. The design solution allows you to perform measurements in a wide range of changes in the angle of rotation as high as Δφ = ± 20 ° and the elongation of the datum Δ / = ± 10 mm. The measuring device consists of two specially profiled elements for the assembly of lasers and the reading of measurement parameters. Both elements are made of aluminum alloys, ensuring sufficient stiffness of the entire system in relation to their low weight. One element 2 with lasers for measuring the elongation and changing the twist angle is attached to the fixed part of the measuring element 3a, and the second element (cam) 4 is attached to the movable part of the measuring element 3b in a manner ensuring correct measurement performance.

Wykorzystując dwie bardzo dokładnie przygotowane powierzchnie krzywki 4 można dokonać pomiaru z dokładnością do grubości wiązki lasera pomiarowego. Wydłużenie bazy pomiarowej odczytuje się na podstawie zmiany długości wiązki lasera pomiędzy powierzchnią planarną krzywi leżącej prostopadle do linii generowanej przez wiązkę lasera 1a. Kąt obrotu wyznacza się z wyniku otrzymanego na podstawie zmiany długości wiązki lasera 1b pomiędzy powierzchnią spiralną krzywi leżącej w chwili odczytu prostopadle do linii generowanej przez wiązkę lasera w czasie obrotu części ruchomej 3b badanego elementu.By using two very precisely prepared surfaces of the cam 4, the measurement can be made with the accuracy of the thickness of the measuring laser beam. The extension of the measurement base is read on the basis of the change in the length of the laser beam between the planar surface of the curve lying perpendicular to the line generated by the laser beam 1a. The angle of rotation is determined from the result obtained on the basis of the change in the length of the laser beam 1b between the helical surface of the curve lying perpendicularly to the line generated by the laser beam during the rotation of the movable part 3b of the tested element.

Krzywka 4 zamontowana na ruchomej części próbki posiada dwie powierzchnie robocze wykonane z bardzo dużą dokładnością. Jedna planarna służy do pomiaru wydłużenia, druga spiralna ni ezbędna do określenia kąta obrotu. Kształt powierzchni spiralnej dobrano w taki sposób, aby przy stałym przyroście kąta obrotu uzyskać stałe wydłużenie wiązki lasera.The cam 4 mounted on the moving part of the sample has two working surfaces made with very high accuracy. One planar is used to measure the elongation, the other is helical to determine the angle of rotation. The shape of the spiral surface was selected in such a way as to obtain a constant extension of the laser beam with a constant increase in the angle of rotation.

Odległość lasera (mierzącego wydłużenie) od planarnej powierzchni krzywki wynosi 25 mm i jest to baza pomiarowa.The distance of the laser (measuring the elongation) from the planar surface of the cam is 25 mm, which is the reference point.

Odległość lasera (mierzącego kąt obrotu) od spiralnej powierzchni wynosi 30 mm ± 10 mm.The distance of the laser (measuring the angle of rotation) from the helical surface is 30 mm ± 10 mm.

Wiązka światła generowana przez laser (mierzący kąt obrotu) przechodzi przez oś obrotu badanego elementu.The light beam generated by the laser (measuring the angle of rotation) passes through the axis of rotation of the tested element.

Claims

Patent claim

A device for non-contact measurement of the elongation and torsion angle of structural elements, characterized by the fact that it is made of two independently operating lasers (1a and 1b), which with one handle (2) are attached to the fixed part of the measuring element (3a), and to the movable part of the measuring element (3a). In the part of the measurement element (3b), a second cam element (Archimedean spiral shape) (4) is mounted.