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原文传递基于光学法的球体切向刚度动态测量系统

专利名称：	基于光学法的球体切向刚度动态测量系统
摘要：	本发明公开了一种基于光学法的球体切向刚度动态测量系统，包括：球体固定装置，驱动力加载装置，接触力测量装置，相对位移测量装置，视频图像采集装置和计算装置；球体固定装置用于固定球体试样；驱动力加载装置用于对球体试样施加多个方向的力；接触力测量装置用于对接触面位置的接触力进行采集；相对位移测量装置用于实时测量球体试样的接触面位置的相对位移；视频图像采集装置用于计算出球体试样的接触面积及变化情况；计算装置用于根据采集到的接触力、相对位移和接触面积及变化情况计算球体试样的动态切向刚度。该系统可以解决传统的球体切向刚度测量中无法同时对球体接触力、接触界面相对位移和真实接触状态变化进行实时测量等问题。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	北京;11
申请人：	清华大学
发明人：	阎绍泽;韩靖宇;罗志军;庞旭
专利状态：	有效
申请日期：	2019-04-02T00:00:00+0800
发布日期：	2019-07-12T00:00:00+0800
申请号：	CN201910261325.8
公开号：	CN110006750A
代理机构：	北京清亦华知识产权代理事务所(普通合伙)
代理人：	张润
分类号：	G01N3/08(2006.01);G;G01;G01N;G01N3
申请人地址：	100084 北京市海淀区清华园
主权项：	1.一种基于光学法的球体切向刚度动态测量系统，其特征在于，包括：球体固定装置，驱动力加载装置，接触力测量装置，相对位移测量装置，视频图像采集装置和计算装置；所述球体固定装置用于固定球体试样；所述驱动力加载装置包括：法向加载台、切向步进电机和法向步进电机；所述法向加载台通过精密交叉滚珠导轨楔形升降，用于实现垂直定位并对所述球体试样的接触面位置施加法向力；所述法向步进电机用于对所述球体试样输出微米量级的法向运动；所述切向步进电机用于对所述球体试样输出微米量级的切向运动；所述接触力测量装置包括：三维力传感器和数据采集仪；所述三维力传感器和所述数据采集仪通过数据线连接，用于对所述球体试样的接触面位置的接触力进行动态采集；所述相对位移测量装置包括：激光位移传感器；所述激光位移传感器用于实时测量所述球体试样的接触面位置的相对位移；所述视频图像采集装置包括：高速相机和计算机；所述高速相机用于采集所述球体试样的接触界面的接触状态的视频图像，所述计算机用于通过图像处理技术对所述视频图像进行边缘提取和亮度分析，计算出所述球体试样的接触面积及变化情况；所述计算装置用于根据采集到的所述球体试样的接触面位置的接触力、所述球体试样的接触面位置的相对位移和所述球体试样的接触面积及变化情况计算所述球体试样的动态切向刚度。 2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括：下平台、上平台和支撑杆，所述支撑杆用于连接所述下平台和所述上平台，所述上平台和所述下平台为光学平台，所述光学平台装有螺纹孔。 3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述球体固定装置包括：球体固定底座、球体夹头和球体试样；所述球体试样置于所述球体固定底座的内孔中，所述球体夹头与所述球体固定底座通过螺栓固定连接，通过调整所述球头固定底座的内孔径和所述球体夹头的内孔径大小，实现任意尺寸的所述球体试样的固定。 4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述驱动力加载装置还包括：切向平移台和步进电机控制器；所述切向平移台用于调整所述球体试样的接触面位置；所述步进电机控制器用于设置驱动速度及驱动方式，实现对法向运动和切向运动的加载速度及加载方式的调整。 5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，通过调整所述步进电机控制器控制所述切向平移台移动，控制所述球体试样在所述视频图像采集装置中的承载盘上的运动，使所述球体试样的运动范围处于所述承载盘的中部区域。 6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述相对位移测量装置还包括：固定板、高度微调器和转接板；所述固定板和所述转接板用于对所述球体试样的接触面位置的粗调，所述高度微调器用于对所述球体试样的接触面位置的精调。 7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述视频图像采集装置还包括：镜片调节架、镜片夹具、半透半反镜、通光孔、观测台、所述承载盘、角度调节架、激光准直器、激光耦合器和激光电源；所述激光电源用于调节激光亮度；所述激光耦合器用于实现光斑均化；所述激光准直器用于调节光斑大小，所述角度调节架用于所述调整激光准直器的角度和高度，确定激光能够垂直射入所述球体试样的接触面位置。 8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述激光准直器发射出的激光通过所述半透半反镜反射，通过所述通光孔、所述观测台和所述承载盘照射在所述球体试样与承载盘的接触面上，接触面的图像通过承载盘、所述观测台和所述半透半反镜在所述高速相机上成像。
所属类别：	发明专利